[發明專利]一種多分辨率模式干涉光譜系統

有效

• 申請號: 202110756143.5
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113447125B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 呂群波;陳鑫雯;相里斌;譚政;趙娜;王建威;才啟勝;劉揚陽;孫建穎;裴琳琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01J3/02;G01N21/25
• 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;陳亮

1.一種多分辨率模式干涉光譜系統，其特征在于，所述系統包括準直鏡L1，分束器BS，三個平面反射鏡M1、M2和M3，第一平面反射光柵G1和第二平面反射光柵G2，以及成像鏡L2和探測器D，其中：

分束器BS和平面反射鏡M2位于同一直線，并水平放置；

平面反射鏡M2的上下兩個面均為反射面，且上下兩面平行；

平面反射鏡M1和M3均與平面反射鏡M2平行，即三個平面反射鏡M1、M2和M3的反射面互相平行，且平面反射鏡M1和M3關于平面反射鏡M2對稱，這三個平面反射鏡固定在一起構成平行擺鏡系統，能繞垂直于紙面的轉軸A擺動；通過控制平行擺鏡系統的擺動來改變兩束干涉光的光程差，以得到不同光程差的干涉信息；

第一平面反射光柵G1和第二平面反射光柵G2關于分束器BS對稱，且第一平面反射光柵G1和第二平面反射光柵G2與水平方向的傾斜量為45°±θ，θ為光柵傾斜角，根據需要設置；

準直鏡L1位于分束器BS的前端，攜帶被測信息的光經過準直鏡L1準直后成為平行光，并以45°角入射到分束器BS上；

分束器BS將入射光分為透射光和反射光兩路；

其中，反射光經過平面反射鏡M3和M2的反射后入射到第一平面反射光柵G1上，經過第一平面反射光柵G1分光衍射為波長連續的單色光；再經平面反射鏡M2和M3的反射后，再次回到分束器BS；

透射光經過平面反射鏡M1和M2反射后入射到第二平面反射光柵G2上，經過第二平面反射光柵G2分光衍射為波長連續的單色光；再經平面反射鏡M2和M1反射后，也再次回到分束器BS；

在分束器BS上相同波長的單色光匯合后形成干涉光；

成像鏡L2位于所述分束器BS的后端，所形成的干涉光經成像鏡L2匯聚后，在探測器D上得到目標按波長排列的干涉信息；

根據所述探測器D上所得到的干涉信息，通過光譜復原處理，復原出高分辨率的光譜信息；

其中，所述通過控制平行擺鏡系統的擺動來改變兩束干涉光的光程差，以得到不同光程差的干涉信息，具體過程為：

假定平行擺鏡系統在某一時刻的擺動角度為ω，平行擺鏡間距為h，某一波數為v，波長為的光B(ν)經平面反射光柵衍射后的衍射光與入射光之間的夾角為φ(ν)，則從分束器BS出射的兩路波數為ν的相干光在擺動角度ω下對應光程差x(ν)是波數v的函數，具體為：

此時，干涉強度I(ν)表示為：

I(ν)＝B(ν){1+cos[2πνx(ν)]} (3)

假定該波數的光被探測器D的第i個像元接收，由于探測器D的像元有一定的尺寸，該像元尺寸下對應的波長范圍為對應的波數范圍為則該像元所接收的總干涉信號為：

通過控制所述平行擺鏡系統隨時間往復擺動，采樣得到不同光程差的干涉信息。

2.根據權利要求1所述多分辨率模式干涉光譜系統，其特征在于，

經第一平面反射光柵G1和第二平面反射光柵G2分光衍射后不同波長的衍射光與入射光之間的夾角為φ(v)，φ(v)是與光柵常數、入射角、波數及衍射級次相關的變量。

3.根據權利要求1所述多分辨率模式干涉光譜系統，其特征在于，所述光柵傾斜角θ的具體設置過程為：

假設d是光柵常數，波數為ν的光以入射角α入射到平面反射光柵上，產生的衍射角為β(ν)，光柵方程的公式為：

根據幾何關系得到：θ＝α；

即光柵傾斜角θ等于光線入射到平面反射光柵的入射角α。

4.根據權利要求1所述多分辨率模式干涉光譜系統，其特征在于，

若所述平行擺鏡系統的三個平面反射鏡M1、M2和M3不動，且處于零光程差位置，則所述系統等效為光柵光譜儀。

5.一種多分辨率模式干涉光譜系統，其特征在于，所述系統包括準直鏡L1，分束器BS，第一平面反射光柵G1和第二平面反射光柵G2，以及成像鏡L2和探測器D，其中：

第一平面反射光柵G1和第二平面反射光柵G2在零光程差位置處關于分束器BS對稱；

所述第二平面反射光柵G2可做往復直線運動，且在運動過程中相對光軸的角度不發生變化；

第一平面反射光柵G1和第二平面反射光柵G2與水平方向的傾斜量為±θ，θ為光柵傾斜角，根據需要設置；

通過控制所述平面反射光柵G2的往復直線運動，使得在所述第二平面反射光柵G2上色散的透射光與在第一平面反射光柵G1上色散的反射光的光程不一致，產生光程差，從而得到不同光程差的干涉信息；

準直鏡L1位于分束器BS的前端，攜帶被測信息的光經過準直鏡L1準直后成為平行光，并以45°角入射到分束器BS上；

分束器BS將入射光分為透射光和反射光兩路；

其中，反射光入射到第一平面反射光柵G1上，經過第一平面反射光柵G1分光衍射后，不同頻率的光再次回到分束器BS；

透射光入射到第二平面反射光柵G2上，經過第二平面反射光柵G2分光衍射后，不同頻率的光也再次回到分束器BS；

在分束器BS上相同頻率的光匯合后形成干涉光；

成像鏡L2位于所述分束器BS的后端，所形成的干涉光經成像鏡L2匯聚后，在探測器D上得到目標按波長排列的干涉信息；

根據所述探測器D上所得到的干涉信息，通過光譜復原處理，復原出高分辨率的光譜信息；

其中，所述通過控制第二平面反射光柵G2的往復直線運動，使得在所述第二平面反射光柵G2上色散的透射光與在第一平面反射光柵G1上色散的反射光的光程不一致，產生光程差，從而得到不同光程差的干涉信息的過程具體為：

假定某一時刻第二平面反射光柵G2的往復平動距離為s，分束器BS到第一平面反射光柵G1的中心的垂直距離是h，d是光柵常數，平行光以入射角α入射到第一平面反射光柵G1上，波數為ν的衍射光產生的衍射角為β(ν)，光柵方程的公式：

根據幾何關系可得到：θ＝α；

那么在該時刻產生的光程差Δx為：

Δx＝s(1+cosβ(ν))

此時，干涉強度I(ν)表示為：

I(ν)＝B(ν){1+cos[2πνx(ν)]}

假定該波數的光被探測器D的第i個像元接收，由于探測器D的像元有一定的尺寸，該像元尺寸下對應的波長范圍為對應的波數范圍為則該像元所接收的總干涉信號為：

通過控制所述第二平面反射光柵G2的往復直線運動，采樣得到不同光程差的干涉信息。