[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

本發明公開了一種多分辨率模式干涉光譜系統，包括準直鏡L1，分束器BS，三個平面反射鏡，兩個平面反射光柵，以及成像鏡L2和探測器D，兩個平面反射光柵關于分束器BS對稱，且兩個平面反射光柵與水平方向的傾斜量為45°±θ；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；成像鏡L2位于分束器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，通過光譜復原得到高分辨率的光譜信息。該系統既降低了動鏡式干涉光譜技術的采樣點數，同時又增大了以空間外差為代表的外差干涉光譜技術的光譜范圍。

技術領域

本發明涉及光譜儀技術領域，尤其涉及一種多分辨率模式干涉光譜系統。

背景技術

光譜技術經過三十多年的飛速發展，儀器體積越來越小，所獲取的光譜信息越來越多，光譜分辨率越來越高，在航空航天遙感、環境災害監測、大氣探測、宇宙與天文觀測、物質分析、工業、農業、生物、醫學影像等方面己經得到了廣泛的應用。現有的光譜技術根據分光原理不同主要可分為：色散型光譜儀、濾波片調制光譜儀和干涉光譜儀。其中干涉光譜技術(又稱為傅里葉變換光譜技術)具有多通道、高通量、極高光譜分辨率等優點，已經廣泛應用于大氣痕量氣體探測領域。

目前，用于大氣探測領域的(高光譜分辨率)干涉光譜技術主要有兩類：一類是以邁克爾遜干涉儀為代表的動鏡式干涉光譜技術，另一類是以空間外差為代表的外差干涉光譜技術，其中：

以邁克爾遜干涉儀為代表的動鏡式干涉光譜技術是當前氣體濃度檢測最為理想的方法之一，其光學系統結構通常由分束器、動鏡和定鏡三部分構成，動鏡和定鏡采用平面鏡或立方體反射鏡，通過動鏡掃描探測不同光程差的干涉數據。但該方案為了實現準確的光譜反演，需要滿足奈奎斯特采樣定理，即干涉圖的采樣頻率大于輸入光譜最大頻率的兩倍，因此此類技術存在干涉圖采樣點數多、采樣數據量大的缺點，導致對干涉儀運動部件的采樣精度和穩定性要求極高，增加了實現難度；

以空間外差為代表的外差干涉光譜技術具有高光譜分辨率、高靈敏度、高通量的特點，它用兩個衍射光柵G1和G2代替了傳統邁克爾遜干涉儀中的兩個平面反射鏡，兩個光柵固定，其中心位置與分束器的距離相同，并且與光軸成Littrow角(θ)傾斜放置。由以空間外差為代表的外差干涉光譜技術原理可知，在系統探測器像素數有限的情況下其光譜分辨率和光譜范圍之間是相互制約的關系，提高光譜分辨率的同時必然會犧牲探測光譜范圍；反之，增加探測光譜范圍的同時會造成光譜分辨率的降低。因此此類技術存在無法同時滿足寬光譜范圍和高儀器分辨率探測需求的技術缺陷，導致儀器工作光譜范圍比較窄，一般只有幾十納米，極大降低了該技術在大氣探測等領域的廣泛應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種多分辨率模式干涉光譜系統，該系統既降低了動鏡式干涉光譜技術的采樣點數，同時又增大了以空間外差為代表的外差干涉光譜技術的光譜范圍，可以在比較寬的光譜范圍內以比較少的采樣點數獲得高光譜分辨率的光譜數據。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種多分辨率模式干涉光譜系統，所述系統包括準直鏡L1，分束器BS，三個平面反射鏡M1、M2和M3，兩個平面反射光柵G1和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；

兩個平面反射光柵G1和G2關于分束器BS對稱，且兩個平面反射光柵G1和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；