[发明专利]弹光调制型傅里叶变换干涉成像光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像光谱仪，特别是一种快速、高通量、高光谱分辨率和高稳定度的弹光调制型傅里叶变换干涉成像光谱仪。

背景技术

光谱成像技术出现于20世纪80年代,能够感知目标在空间域和光谱域的信息，获得目标的两维空间与一维光谱数据,形成三维数据立方体（data cube）。由于其卓越的信息获取能力,二十多年来得到了飞速的发展,在航天航空遥感、工业、农业、生物医药、天文探测、大气探测、环境与灾害监测以及军事领域都得到了十分广泛的应用,成为光学探测技术又一个强有力的手段。

色散型成像光谱技术探测可见和红外弱辐射相当困难，而作为成像光谱技术发展的前沿，干涉成像光谱仪具有光通量大、通道多、信噪比高等优点，因而在遥感及其他多个领域具有广阔的应用前景；时间调制型傅里叶变换成像光谱仪大都基于迈克尔逊干涉技术实现，其突出特点是灵敏度高，依靠机械运动产生大光程差，进而拥有非常高的光谱分辨率，但这必然带来了扫描及成像速度慢，抗振动能力不足等问题，且与之相配套的伺服系统和温控系统也非常复杂；空间调制型干涉成像光谱仪具有结构简单、体积小、对震动不敏感的优点，但光谱分辨率较低，且几乎都采用线阵或面阵探测器，限制了其光谱成像波段范围。

基于弹光调制原理的干涉仪研制已有相关报道，但其光谱分辨率极低，仅有1000cm^-1，尚不能满足现代光谱成像技术的需求，Buican Tudor N虽然对其提出了改进设想，但该设想的光通量不足1%，实用价值很低。

发明内容

本发明旨在克服传统迈克尔逊干涉仪成像速度慢，抗振动能力不足等缺点，提供一种无机械运动、光谱分辨率很高、调制速度极高且具有足够光通量的快速、高通量、高光谱分辨率和高稳定度的弹光调制型傅里叶变换干涉成像光谱仪。

本发明的技术解决方案是：

弹光调制型傅里叶变换干涉成像光谱仪，其特征在于：包括扫描反射镜1、入射光瞳2、离轴三反望远镜、视场光阑5、弹光调制型干涉仪；其中：离轴三反望远镜包括球面镜3和一对非球面镜4、6；弹光调制型干涉仪包括起偏器7、静态双折射晶体8、弹光调制器9、检偏器11、成像反射镜12及探测器13，其中：弹光调制器又包括压电石英驱动器、弹光晶体及高反射率膜；来自目标的入射光线经扫描反射镜反射后，经入射光瞳选择一定视场角范围的光进入离轴三反望远镜，光线经离轴三反望远镜反射、聚焦、缩束并准直后进入弹光调制干涉仪进行双折射干涉调制：弹光调制干涉仪的起偏器和检偏器对入射光进行起偏，然后由静态双折射晶体产生特定大小的静态光程差，再由弹光调制器对入射的偏振光进行人工双折射干涉调制，产生干涉条纹，最后成像反射镜将调制后的干涉光聚焦至探测器的光敏面处完成光谱成像。

经过离轴三反望远镜后的光束可以是平行光、发散光或者会聚光。

组成弹光调制型傅里叶变换干涉成像光谱仪的各个光学元件除入射光瞳和视场光阑外均采用全反射式光学元件，所有反射元件均镀制高反射率膜。

所述的扫描反射镜为平面镜，对目标进行逐点扫描。

所述的成像反射镜可以是球面反射镜或离轴抛物面反射镜，也可以是前述两种反射镜组合形成的成像反射镜组。

所述的弹光晶体前后通光表面镀制的高反射率膜是交错对称的。

所述的静态双折射晶体的通光方向为晶体的光轴方向，其产生的静态光程差不小于弹光调制器调制光程差。

所述的探测器可以是阵列探测器也可以是点探测器，放置于反射成像镜的焦点处。

所述的起偏器与检偏器相互正交放置，并分别与弹光调制器成±45°夹角。

所述的扫描反射镜的扫描速率与弹光调制干涉仪的调制速率匹配。

本发明与现有技术相比较，其突出的实质性特点和显著效果是：

1）利用弹光调制干涉仪代替了传统迈克尔逊干涉仪，干涉调制时间为数十μs，使得光谱成像扫描速度比传统迈克尔逊提高了3～4个数量级；

2）除扫描镜外，系统无机械运动部件，避免了由精密直线扫描动镜所带来的一系列技术上的困难、抗振动能力强；

3）系统无需分光成像，减少了整个光学系统像差，通过高速扫描反射镜进行逐点扫描的成像办法，避免了因阵列探测器带来的成像分辨率限制，极大的提高了光谱仪的成像分辨率；

4）弹光调制器的多次反射光学结构兼顾了系统的光谱分辨率和光通量；

5）系统原理和结构简单，便于加工，易于安装调试。

附图说明