[發明專利]基于聲光調制的雙濾波能量反饋型高光譜成像裝置

有效

• 申請號: 201810825686.6
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN110763340B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 胡炳樑;王鵬沖;吳銀花;魏儒義;韓意庭;高曉惠;張朋昌;韓亞娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/447
• 分類號: G01J3/447;G01J3/28;G01J3/12;G01J3/02;G01J3/10
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

本發明涉及基于聲光調制的雙濾波能量反饋型高光譜成像裝置，目的在于解決現有高光譜成像裝置成像質量或衍射光譜強度弱的問題。該成像裝置從第一聲光可調諧濾波器出射的0級透射光傳至第二2×1光纖耦合器中，從第一聲光可調諧濾波器出射的衍射光進入第二聲光可調諧濾波器與第二射頻驅動器產生的高頻超聲波發生聲光相互作用，從第二聲光可調諧濾波器出射的衍射光經過后置成像透鏡組后被探測器接收，從第二聲光可調諧濾波器出射的0級透射光通過液晶相位可變延遲器調制后進入第二2×1光纖耦合器中，兩束0級透射光經過第二2×1光纖耦合器合束后由光纖傳輸到第一2×1光纖耦合器中，與光源入射光一起經過光束準直系統再次發生聲光相互作用。

技術領域

本發明屬于高光譜成像技術領域，涉及基于聲光可調諧濾波器高光譜成像技術，具體涉及一種基于聲光調制的雙濾波能量反饋型高光譜成像裝置。

背景技術

光譜成像遙感探測技術的萌芽與興起，使人類對深入研究感興趣事物的能力得到了一次質的飛躍。光譜成像遙感探測技術經過了二十幾年的高速發展，已經形成了一門頗具特色的現代化學科。隨著人們對大自然中事物的認識能力不斷提升，對遙感探測技術的空間分辨率和光譜分辨率的探測精度也提出了越來越高的要求，進而導致科技促使下的探測器的各種分辨能力也逐漸提高。空間分辨率的大幅提高可以使探測到的圖像在視覺效果上更加清晰，可以幫助人們對遙感數據在顯示器上進行最直接的直觀可視分析。相應，遙感圖像所包含的高光譜分辨信息可以將探測目標的結構和化學層次意義更精確地傳遞給人類，特別是對于類似礦藏勘查、大自然植被精細組成監察、農作物長勢估產、軍事偽裝目標辨識等應用領域具有重要的實用意義。

高光譜成像探測技術的基本原理是測譜學，然而測譜學最初在上世紀初是被應用于研究分子和原子的基本結構，經過六十多年的發展才逐漸形成了現在遙感領域中的高光譜成像技術。在實際的大氣環境監控應用中，需要對被測目標進行詳細深入地分析，然而多光譜遙感技術只能提供有限的幾個或者幾十個光譜波段，這遠遠不能夠對目標進行準確的判斷，也就不能滿足實際需求，而高光譜成像技術可以獲取到電磁波譜紫外、可見光、近紅外、短波紅乃至中長波外區域內大量連續的光譜信息，可以為被測目標的每個像元提供幾十乃至幾百個光譜寬度小于10nm的窄波段光譜數據，據此可以描繪出一條完整而且連續的光譜曲線，這也是高光譜成像技術高速發展的基本動因。

光譜成像儀中的核心部件——光束色散單元，直接決定著光譜成像儀的分辨率、成像質量等基本性能。光譜分辨率和衍射效率是聲光可調諧濾波器的兩個重要性能指標。在實際的應用中，總是希望擁有更高的光譜分辨率，而光譜分辨率與入射光波長的光譜帶寬成反比，當入射光波長恒定時，光譜帶寬與晶體內聲光相互作用長度和入射角有關。而入射角已經被固定，所以在晶體的設計的過程中，通過增加聲光相互作用長度，即延長壓電換能器的長度就可以獲得較窄的光譜帶寬，然而，增加聲光作用長度必然導致聲光可調諧濾波器的孔徑張角減小，這非常不利于光譜成像。所以，在設計聲光可調諧濾波器的過程中，壓電換能器長度必須根據波長調諧范圍合理取值，也就是說，通過優化晶體參數去提升光譜分辨率已經受到很大的限制。為了克服上述矛盾，研究發現，入射光被兩個串聯的聲光可調諧濾波器連續濾波兩次，這樣既達到了光譜帶寬被壓縮的目的又不減小孔徑張角，即雙濾波。利用這種辦法可以大幅提高光譜分辨率，但是系統的衍射效率也會隨之大幅降低，進而給光譜成像探測帶來影響。聲光可調諧濾波器的調諧范圍很寬，并不是在所有的波長下都擁有非常高的衍射效率，尤其在弱光環境下，探測器上的成像質量或者衍射光譜強度都很弱，這種雙濾波技術在實際的應用中就受到了極大的限制。

發明內容

本發明的目的在于解決現有光譜成像裝置因其聲光可調諧濾波器在弱光環境下衍射效率低而導致探測器上成像質量或衍射光譜強度弱的問題，提出一種基于聲光調制的雙濾波能量反饋型高光譜成像裝置。