[发明专利]偏振干涉成像光谱系统

说明书

技术领域

本发明属于光学成像光谱系统技术领域，尤其涉及一种新型的基于多层渥拉斯顿棱镜组的偏振干涉成像光谱系统。

背景技术

基于双折射晶体为分光元件的干涉成像光谱技术又称为偏振干涉成像光谱技术，与其它成像光谱技术相比，其最突出的优点有两个：一是它保证了高分辨率的前提下具有较大的光通量，解决了色散型成像光谱技术无法克服的高分辨率与大光通量之间的矛盾；二是共光路，抗干扰和震动能力强。

在基于双折射晶体为分光元件的偏振干涉成像光谱技术中，双折射晶体一般采用Savart偏光镜和渥拉斯顿棱镜，其中多采用渥拉斯顿棱镜。它由两个相同的光楔组成，他们胶合在一起组成一个平行平板。两个光楔中的光轴与外表面平行且彼此垂直，经过渥拉斯顿棱镜的线偏振光将在棱镜内部的胶合面上分成两个振动方向相互垂直的寻常光(o光)和非寻常光(e光)，沿不同方向行进。两束光的光程差x随光线离渥拉斯顿棱镜中心光轴的距离d不同而不同，见下式：

x＝2d(n_e-n_o)tanθ        (1)

其中，θ是楔角，n_o、n_e分别是寻常光(o光)和非寻常光(e光)的折射率。楔角、o光和e光的折射率是固定的，而光线离渥拉斯顿棱镜中心光轴的距离d是可变的，d最大值为棱镜顶部到棱镜中心光轴的距离，则2d＝L，L为渥拉斯顿棱镜的长度。因此，渥拉斯顿棱镜的最大光程差是

x_max＝L(n_e-n_o)tanθ            (2)

偏振干涉成像光谱技术的分辨率Δv与最大光程差成x_max反比：

Δv＝1/2x_max                    (3)

因此，要提高偏振干涉成像光谱技术的分辨率，渥拉斯顿棱镜就得有很大的长度L和大的楔角θ，但是现实中棱镜尺寸和楔角由于工艺技术和成本的限制而不能无限增大(L一般小于1.00mm，θ也不能太大)。为了解决这个问题，2004年Pennsylvania州立大学的Dan Komisarek等人提出可以用多个楔角相同的渥拉斯顿棱镜粘合在一起组成一个渥拉斯顿棱镜组来代替单个渥拉斯顿棱镜的方法。这样一来不仅可以提高光谱分辨率，还可以增大通光面积。但是这种方法只能够提供目标的光谱信息，而没有获取到目标的空间信息。然而在许多情况下，如领土勘测、工业控制、环境监测等方面，不仅需要获得目标的光谱信息，更需要获得目标的空间信息。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光路简单、结构简单、能够增大光通量和提高光谱分辨率的基于多层渥拉斯顿棱镜组的新型偏振干涉成像光谱系统。

用于实现上述发明目的的技术解决方案如下：

所述新型偏振干涉成像光谱系统由沿目标辐射光向同轴依次设置的前置光学系统、偏振干涉仪、成像系统、CCD探测器以及联接的计算机信号处理系统组成。其中前置光学系统由透镜、入射狭缝、准直透镜组成；偏振干涉仪由起偏器、多层渥拉斯顿棱镜组、检偏器组成；成像系统由成像透镜和柱面透镜组成。

所述偏振干涉仪中的多层渥拉斯顿棱镜组由一块长渥拉斯顿棱镜切割成两块楔角相同、几何尺寸完全相同的子棱镜上下叠加粘合而成。

通过加工后的渥拉斯顿棱镜组，长度由L变成了2L，因此，前面提到过的最大光程差变为：

x`_max＝2L(n_e-n_o)tanθ        (4)

相应的光谱分辨率Δv`变为：

Δv`＝1/2x`_max＝1/4x_max      (5)

光谱分辨率得到提高，提高的倍数与叠加的块数成正比。但是由于工艺技术的限制，不能通过无限叠加来提高光谱分辨率，叠加块数最多只能是5块。本发明中通过叠加了两块渥拉斯顿棱镜将光谱分辨率提高了2倍。

本发明采用了切割单个渥拉斯顿棱镜组成多层渥拉斯顿棱镜组的方法，提高了光谱分辨率；其实际上是将干涉图“折叠”到CCD探测器上的不同行上收集，从而克服了部分情况下CCD接受尺寸大小不够的问题；通过采用狭缝使后期图像处理更加方便、简单，并减少了杂散光。

附图说明

下面结合附图对本发明作详细说明：

图1为本发明的原理结构图；

图2为偏振干涉仪的结构图；

图3为多层渥拉斯顿棱镜组制作图。

附图标记