[實用新型]一種法布里-珀羅干涉型成像光譜儀

有效

• 申請號: 201920154347.X
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN209214768U
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 蔡志堅;吳利;吳建宏
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 殷海霞

本實用新型公開了一種法布里?珀羅干涉型成像光譜儀，包括依次設置的聚焦透鏡、第一微透鏡陣列、F?P諧振腔、第二微透鏡陣列和探測相機；目標物體放置在所述聚焦透鏡一側，目標物體發出的光經過所述聚焦透鏡聚焦在所述第一微透鏡陣列的前焦面上；所述探測相機位于所述第二微透鏡陣列的后焦面處；所述聚焦透鏡將入射光聚焦在所述第一微透鏡陣列的前焦面上，再通過所述第一微透鏡陣列將入射光平行入射到所述F?P諧振腔上，從所述F?P諧振腔出射的平行光再入射到第二微透鏡陣列上，最后所述第二微透鏡陣列的出射光聚焦在所述探測相機上。其結構簡單，分辨率高，精確度高，成像性能好。

技術領域

本實用新型涉及光學成像技術領域，具體涉及一種法布里-珀羅干涉型成像光譜儀。

背景技術

成像光譜技術是一類將成像技術和光譜技術相結合的新型多維信息獲取技術，所以利用該技術實用新型的成像光譜儀集合了相機和光譜儀兩者的功能。它能夠探測到目標場景的三維光譜立方體，即目標場景的圖像信息和圖像中各點的光譜信息。光譜儀采用的分光技術直接影響著整個成像光譜儀的性能、結構的復雜程度、重量和體積。應用較為廣泛的成像光譜儀主要是色散型和干涉型，但色散型成像光譜儀的光譜分辨率與入射狹縫的寬度成反比，因此，要獲得更高的光譜分辨率，就需不斷減小狹縫的寬度，這樣就會使通過整個系統的能量很低，從而導致探測靈敏度很低。隨著對成像光譜儀的空間分辨率、光譜分辨率、和對弱信號的探測能力等性能要求越來越高，而利用干涉技術的干涉型成像光譜儀在原理上具有高分辨率和高能量利用率等優點，能夠滿足越來越高的應用需求。

干涉型成像光譜技術可分為雙光束干涉法和多光束干涉法，基于多光束干涉法較為典型的就是法布里-珀羅(Fabry-Perot)分光技術。F-P干涉儀的裝置是由兩塊鍍有高反射膜的平板組成，光在兩平板間多次反射和折射，形成多光束干涉，所以它具有極高的光譜分辨率。Jarkko Antila等人和Neelam Gupta等人分別研制了一種基于微機電系統技術的F-P干涉儀，該F-P干涉儀的重點在于利用微機電技術控制兩反射鏡間的空氣間隔，進而控制濾波選擇，這種微機電結構可以有效降低高光譜成像儀的尺寸、重量以及所消耗的功率，還能減少設計和加工等方面的成本。Anbang Fu等人提出了一種可調諧法布里-珀羅高光譜成像干涉儀，該結構通過低幅度的電信號來調整填充在法布里-珀羅干涉腔中液晶材料的折射率，再利用薄膜矩陣方程，可以計算出從F-P諧振腔中出射的紅外光譜特性。AaltoUniversity在推動的3U-cubesat項目，其中對地球表面進行探測的成像光譜儀的結構就是基于一個可調諧法布里-珀羅干涉儀和一臺RGB三通道CMOS圖像傳感器。采用壓電陶瓷來改變腔長，從而達到濾波的效果。

上述F-P干涉儀的技術關鍵都在于如何提高平行腔間的反射率和如何更精準得控制兩個平行腔的平行度，以獲得更高的分辨率和光譜范圍。但是，光譜分辨率依然只有10nm左右，其主要原因是單一孔徑的成像系統中，任一成像點都對應一定發散角的入射光線，而法布里珀羅干涉儀的光譜分辨率對入射光的發散角又極其敏感，因此分辨率會下降。如圖1所示，為傳統的法布里-珀羅干涉光譜儀結構示意圖。由第一腔鏡G1和第二腔鏡G2構成的F-P諧振腔前后各放置了一塊透鏡L、L’，透鏡L用于將入射光平行入射到F-P諧振腔上，透鏡L’用于將從F-P諧振腔中出射的多光束干涉光聚焦到探測相機上成像，這種結構入射到FP腔的光線平行性較好，因而可以得到較高的分辨率。但是這種結構用來成像時，不同像點對應不同的入射角。在一定的腔長條件下，不同像點上接收的波長將不一致，這就會增加光譜圖像后期處理的難度。此外，基于微機電系統的法布里-珀羅成像光譜儀的控制結構較為復雜，對各種微機械器件要求精準。且對反射膜的選擇也有很高的要求，總的來說，技術復雜度較高。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種法布里-珀羅干涉型成像光譜儀，其結構簡單，分辨率高，精確度高，成像性能好。