[發明專利]基于雙周期階梯相位反射鏡的紅外偏振干涉成像光譜儀

有效

• 申請號: 201711380877.8
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108168704B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 梁中翥;梁靜秋;呂金光;陶金;孟德佳;王維彪;秦余欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/453
• 分類號: G01J3/453;G01J3/447;G01J3/02;G02B27/28
• 代理公司: 22214 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司
• 代理人: 張偉

1.基于雙周期階梯相位反射鏡的紅外偏振干涉成像光譜儀，包括準直鏡(1)、四通道偏振器(2)、四通道成像鏡(3)、分束器(4)、平面反射鏡(5)、雙周期階梯相位反射鏡(6)、中繼成像鏡(7)和面陣探測器(8)，其特征是；

攜帶目標偏振圖譜信息的入射光場經準直鏡(1)被準直為平行光場，所述平行光場經四通道偏振器(2)分為四個偏振狀態，并在四通道成像鏡(3)的像方焦面形成偏振像場陣列；

分束器(4)將所述偏振像場陣列進行強度等分后分別投射到平面反射鏡(5)和雙周期階梯相位反射鏡(6)上形成兩個相干偏振像場陣列；雙周期階梯相位反射鏡(6)對所述偏振像場陣列中每個偏振像場單元進行相位調制后返回分束器，經中繼成像鏡(7)在面陣探測器(8)上與平面反射鏡(5)反射的偏振光場疊加成像；

其特征是；

所述四通道偏振器(3)的每個偏振通道與四通道成像鏡(4)的每個成像通道一一對應，每個偏振通道對應出射光場的一種偏振態；所述四通道成像鏡(4)對橫向空間形成四個成像通道；所述的每個成像通道對應一個偏振通道，從而對應一個偏振像場；且每個成像通道的像方視場對應于雙周期階梯相位反射鏡的一個象限，不同偏振像場單元受到雙周期階梯相位反射鏡不同區域的調制，面陣探測器(8)像面獲得具有四個不同偏振狀態且每個偏振狀態具有相位差空間分布形式的偏振干涉圖像陣列；

所述四通道成像鏡(4)的四個成像鏡通道的圓形視場陣列與雙周期階梯相位反射鏡對應的方形孔徑之間為四通道相切相接結構，即四通道成像鏡的每個圓形成像視場分別與雙周期階梯相位反射鏡的兩條中線相切，同時與雙周期階梯相位反射鏡的角點相接；

所述分束器(3)為帶有柵棱結構的輕型分束器由柵棱、分束窗和分束膜組成，所述柵棱對分束器進行空間分割形成分束窗陣列，分束膜位于分束窗上表面或分束窗和柵棱的上表面，柵棱對分束膜起支撐作用；

柵網分束器中的柵棱在橫向的寬度是其縱向寬度的倍，分束窗在橫向的寬度是其縱向寬度的倍，分束窗在橫向和縱向的占空比相同；

所述柵網分束器中的柵棱寬度范圍為1nm-100cm，分束窗寬度范圍為1nm-100cm；柵棱厚度范圍為1nm-100cm，分束窗厚度范圍為1nm-100cm；

所述柵網分束器中的柵棱的剖面結構為單面矩形、單面平行四邊形、單面梯形、雙面矩形、雙面平行四邊形或雙面梯形；

采用超精密機械加工方法和MOEMS技術實現分束器的制備；

采用超精密機械加工方法制備過程為：在基底上通過一體切割、研磨及拋光技術獲得柵棱和分束窗，再整體蒸鍍分束膜，完成器件制備；

采用MOEMS技術實現分束器的制備由以下步驟實現：

步驟一、選取單晶硅作為基底，并在所述單晶硅表面制備掩蔽膜；

步驟二、定向光刻，通過刻蝕法去除邊槽圖形內的掩蔽膜，露出邊槽圖形；采用單晶硅各向異性腐蝕液腐蝕邊槽，邊槽腐蝕深度等于分束窗最終的厚度；

步驟三、第二次光刻，通過刻蝕去除分束窗圖形內的掩蔽膜，露出分束窗圖形；采用單晶硅各向異性腐蝕液同時腐蝕邊槽和分束窗，腐蝕深度至邊槽腐蝕到厚度為0，分束窗達到最終的厚度；

步驟四、去除柵棱表面的掩蔽膜，整體蒸鍍分束膜，完成分束器的制備；

當平面反射鏡(5)與雙周期階梯相位反射鏡(6)的最低階梯相對于分束器(4)鏡像重合時，則雙周期階梯相位反射鏡每個周期相鄰兩個階梯之間對應的相位差為則雙周期階梯相位反射鏡的每個周期將形成的相位差序列，ν為光波的波數。

2.根據權利要求1所述的基于雙周期階梯相位反射鏡的紅外偏振干涉成像光譜儀，其特征在于，所述雙周期階梯相位反射鏡(6)的第一個周期對四通道偏振像場其中的兩個偏振通道的像場進行分布式相位調制，另一個周期對四通道偏振像場另外兩個偏振通道的像場進行分布式相位調制。

3.根據權利要求1所述的基于雙周期階梯相位反射鏡的紅外偏振干涉成像光譜儀，其特征在于，所述四通道成像鏡(4)的每個圓形像方視場Φ₁與雙周期階梯相位反射鏡的邊長D之間的關系為每個成像通道位于雙周期階梯相位反射鏡上的有效干涉區域的有效視場為即雙周期階梯相位反射鏡對應于每個成像通道的有效面積為