[發明專利]基于帶通采樣技術的干涉光譜系統及目標光譜信息獲取方法

有效

• 申請號: 202010838125.7
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112129409B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 李思遠;田飛飛;王鵬沖;張宏建;張周鋒
• 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: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王凱敏

本發明提出一種基于帶通采樣技術的干涉光譜系統及目標光譜信息獲取方法，以解決干涉光譜儀系統結構復雜、成本高、應用場景受限的技術問題。本發明將寬譜段光譜信號經色散單元進行色散預處理，得到以波長函數分布的寬帶信號，寬帶信號經干涉儀單元進行干涉調制，再按照帶通采樣技術要求進行間隔采樣，由光電探測器收集干涉圖信息，對光電探測器收集的干涉圖信息等間距分割為多個窄帶信號對應的干涉圖信息，然后對等間隔分割后得到的干涉圖信息進行處理及反演后，得到探測目標所對應的光譜分布。本發明相比奈奎斯特采樣技術，允許以更大的采樣間隔進行采樣，有利于減少數據量，具有星載光譜探測應用的巨大潛力。

技術領域

本發明涉及光譜測試領域，具體涉及一種基于帶通采樣技術的干涉光譜系統及目標光譜信息獲取方法。

背景技術

干涉光譜儀基于光波干涉原理，通過測量目標的干涉圖，對所測量的目標的干涉圖進行傅里葉逆變換，可得到目標的光譜信息。干涉光譜儀可間接獲取目標的光譜信息，具有多通道、高通量、探測精度高、雜散光低的顯著優勢。

傳統邁克爾遜型干涉光譜儀是一種時間積分型干涉光譜儀，通過動鏡運動產生光程差，再通過時間積分獲得完整干涉圖。邁克爾遜型干涉光譜儀在干涉圖采樣時，通常需要滿足奈奎斯特采樣定理，即需要干涉圖采樣頻率不低于最大波數所對應的干涉圖頻率的2倍。為滿足奈奎斯特采樣定理，干涉光譜儀對動鏡運動系統的方向準確性和速度均勻性提出了很高的要求，尤其對短波波段的探測，干涉光譜儀對動鏡運動系統的運動精度以及光電探測器的性能均提出了更苛刻的要求。

基于奈奎斯特采樣技術的傳統邁克爾遜型干涉光譜儀的動鏡運動系統對擾動和機械掃描精度都很敏感，這通常使動鏡運動控制更為困難，使干涉光譜儀系統結構復雜，成本高，同時使干涉儀應用場景受限。

發明內容

基于上述背景技術，本發明提出一種基于帶通采樣技術的干涉光譜系統及目標光譜信息獲取方法，為干涉光譜儀干涉圖采樣突破奈奎斯特采樣限制和傳統干涉光譜儀實現寬譜段、高分辨率探測提供了解決方案，從而解決干涉光譜儀系統結構復雜、成本高、應用場景受限的技術問題。

本發明的發明構思：

本發明將寬譜段光譜信號經色散單元進行色散預處理，得到以波長函數分布的寬帶信號，寬帶信號經干涉儀單元進行干涉調制，再按照帶通采樣技術要求進行間隔采樣，由光電探測器收集干涉圖信息，對光電探測器收集的干涉圖信息等間距分割為多個窄帶信號對應的干涉圖信息，然后對等間隔分割后得到的干涉圖信息進行處理及反演后，得到探測目標所對應的光譜分布；本發明相比奈奎斯特采樣技術，允許以更大的采樣間隔進行采樣，即允許盡可能少的干涉圖采樣獲得各個窄帶信號的干涉圖序列，經數據處理和傅里葉逆變換可得到各個窄帶信號的光譜分布，最后疊加各個窄帶信號的光譜分布可得到整個探測目標的光譜分布。

本發明的技術方案是：

一種基于帶通采樣技術的干涉光譜系統，其特殊之處在于：包括沿光路依次設置的前置光學系統、孔徑為1mm以下的小孔、準直鏡組、色散單元、干涉儀單元和光電探測器；

前置光學系統用于將目標波前聚集于所述小孔；

準直鏡組用于對從所述小孔出射的目標波前進行準直；

色散單元用于將準直后的目標波前進行色散和平行化，使目標波前按波長函數依次排列；

干涉儀單元用于對色散單元輸出的目標波前進行干涉調制；

光電探測器用于探測干涉儀單元輸出的干涉圖。

進一步地，色散單元包括第一光柵和第二光柵；第一光柵位于準直鏡組的輸出光路上，第二光柵位于第一光柵的輸出光路上；第一光柵、第二光柵為指標相同的閃耀光柵，第一光柵與第二光柵平行錯位放置，第一光柵的工作面與第二光柵的工作面相互平行。