[發明專利]一種寬視場大孔徑空間外差干涉成像光譜儀

有效

• 申請號: 201810124459.0
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108362381B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 才啟勝;相里斌;黃旻;呂群波;趙寶瑋;韓煒;錢路路;劉怡軒;路向寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01J3/02
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發明公開了一種寬視場大孔徑空間外差干涉成像光譜儀，該方案引入了一個平行平板，當入射干涉儀的視場較大時，平行平板可以補償平行光柵對引入的橫向剪切量隨入射視場的變化；從而在較大的視場范圍內，干涉圖的頻率只與入射光的波數相關，采用傅里葉變換即可復原出原始光譜信息。與大孔徑空間外差干涉光譜成像技術相比，本發明通過引入一個平行平板，在保留了系統高光譜分辨率特點的同時增大了進入系統的視場角，可提高約一個數量級，使得儀器的光通量大幅提高，這是寬視場大孔徑空間外差干涉光譜成像技術的突出優點。

技術領域

本發明涉及光譜成像技術領域，尤其涉及一種寬視場大孔徑空間外差干涉成像光譜儀。

背景技術

傅里葉變換光譜成像技術又稱干涉光譜成像技術，其獲取的是被測目標的干涉信息，利用干涉圖與光譜圖之間的傅里葉變換對應關系，通過傅里葉變換復原出目標光譜信息。干涉光譜成像技術根據干涉圖獲的取方式可分為：時間調制型、空間調制型和時空聯合調制型三種方式。

時間調制型干涉光譜成像技術中通過動鏡的平動、擺動或轉動等產生隨時間變化的光程差，典型的時間調制型干涉成像光譜儀是基于Michelson干涉儀的方案，其通過干涉儀中動鏡的移動獲取目標的完整光程差干涉信息，進而復原出原始光譜信息。由于具有運動部件，相比較于空間調制型干涉光譜成像技術穩定性較差，但是通過動鏡的運動較容易實現大光程差。

空間調制型干涉光譜成像技術中無運動部件，具有很好的穩定性。通常采用面陣探測器獲取目標點的完整光程差干涉信息，探測器的不同位置處對應同一目標點的不同的光程差，是一種點到面的成像關系，可實現一次成像獲取目標的完整干涉信息。空間調制型干涉光譜成像技術主要有兩類代表性方案，一類是以變形的Sagnac干涉儀為分光元件，一類是以雙折射晶體為分光元件。

時空聯合調制型干涉光譜成像技術結合了時間調制型和空間調制型的特點，實際上是在普通成像系統中加入橫向剪切干涉儀，使其獲取的目標圖像疊加了干涉信息，是一種面到面的成像關系，不同的地物目標點成像在探測器不同位置處，而探測器的不同位置對應不同的光程差，因此，一次成像可以獲取某一目標點特定光程差的干涉信息。通過飛行平臺或擺鏡對地物的連續推掃成像，可獲取該點在不同光程差下的完整干涉圖，隨后再進行傅里葉變換獲取光譜信息。時空聯合調制型干涉光譜成像技術的特點是系統中無狹縫，而且是面到面的成像關系，系統光通量高，其信噪比高于空間調制型干涉光譜儀。

在時空聯合調制型干涉光譜成像技術中，有一種方案是大孔徑空間外差干涉光譜成像技術(LASHIS)，其干涉圖具有波數外差的效果，可實現在較窄的譜段范圍內的高光譜分辨率探測。其原理圖如圖1所示，主要包括：準直鏡L1、橫向剪切干涉儀、成像鏡L2、探測器D和數據處理系統。LASHIS的橫向剪切干涉儀包括一個分束器BS，兩個反射鏡M1和M2，以及一對平行光柵G1和G2，實際上是在Sagnac干涉儀中加入了一對平行光柵G1和G2，兩光柵的刻線方向垂直于紙面，刻線密度相同，且刻線平面相互平行。物面上的某點發出的光經過準直鏡L1準直后成為平行光進入干涉儀中，分束器BS將該平行光分為透射光和反射光兩路，兩路光經過橫向剪切干涉儀平行出射，產生了一個橫向剪切量。由于在橫向剪切干涉儀中有一對平行光柵，使得不同波數的光經過橫向剪切干涉儀后具有不同的橫向剪切量，不同的橫向剪切量產生的干涉圖頻率不同。對于某一特定的波數，橫向剪切量為零，該波數稱為外差波數，其產生的干涉圖頻率為零。正是由于這種橫向剪切量隨波數變化的特點，使得LASHIS得到的干涉圖產生外差的效果，降低了干涉圖的頻率，從而可以通過較少的采樣點數實現很高的光譜分辨率。

光線經過干涉儀后的干涉圖表達式與兩束光的橫向剪切量相關。LASHIS的橫向剪切量由兩部分組成，一部分與波數有關，由平行光柵對G1和G2引入；另一部分是反射鏡M1偏離M2關于分束器BS的鏡像位置所引入的。以透射光柵為例分析，由于兩個光柵互相平行，光線經過平行光柵對后傳播方向不變，只是產生一個橫向偏移，對于軸上光線，平行光柵對引入的橫向偏移量為：