[发明专利]基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置及其探测方法

权利要求书

1.一种基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置，其特征在于：包括沿光路方向依次放置的前端光学系统（1）、滤光片（2）、双矩形光栅剪切器（3）、后端成像物镜（4）、面阵探测器（5）和信号处理系统（6）；其中，前端光学系统（1）包括沿光路方向依次设置的前置成像物镜（11）、视场光阑（12）和准直物镜（13），前置成像物镜（11）的像面和准直物镜（12）的前焦面重合，视场光阑（12）位于准直物镜（13）的前焦面；双矩形光栅剪切器（3）由垂直于光轴的第一矩形光栅（31）和第二矩形光栅（32）组成，第一矩形光栅（31）和第二矩形光栅（32）平行，且第一矩形光栅（31）和第二矩形光栅（32）的刻线方向相同；面阵探测器（5）的靶面位于后端成像物镜（4）的后焦面上；信号处理系统（6）与探测器（5）相连；所有光学元件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高。

2.根据权利要求1所述的基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置，其特征在于，光路走向如下：探测目标发射或者反射的光通过前置成像物镜（11）成像在其像面上，由视场光阑（12）确定探测视场范围并消除杂散光，随后经过准直物镜（13），形成准直光束；前端光学系统（1）形成的准直光束经过滤光片（2），消除其它波段光束，只允许探测波段光束经过滤光片（2）；随后探测波段的平行光束经过第一矩形光栅（31），在±1衍射级生成两束不同衍射角的平行光束，随后±1衍射平行光束经过第二矩形光栅（32）后形成同一视场角的两束平行光束，两束平行光束之间存在横向剪切，随后剪切光束经过后端成像物镜（4）成像在面阵探测器（5）的靶面上；面阵探测器（5）将光信号转化为电信号，电信号进入信号处理系统（6）。

3.根据权利要求1所述的基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置，其特征在于：所述第一矩形光栅（31）的占空比为0.5；对探测谱段中心波长的光束正入射时，其相位延迟量为π或者3π；第二矩形光栅（32）的参数规格与第一矩形光栅（31）的参数规格相同。

4.一种基于权利要求1所述的基于矩形光栅色散剪切的干涉成像光谱装置的探测方法，其特征在于，包含以下步骤：

第一步，探测目标发射或者反射的光通过前置成像物镜（11）成像在其像面上，由视场光阑（12）确定探测视场范围并消除杂散光，随后经过准直物镜（13），形成准直光束；

第二步，前端光学系统（1）形成的准直光束经过滤光片（2），消除其它波段光束，只允许探测波段光束经过滤光片（2）；

第三步：经过滤光片（2）的平行光束经过第一矩形光栅（31），在±1衍射级生成两束不同衍射角的平行光束，随后±1衍射平行光束经过第二矩形光栅（32）后形成同一视场角的两束平行光束，两束平行光束之间存在横向剪切，横向剪切量的大小与光束波长相关；

第四步：经过双矩形光栅剪切器（3）横向剪切的两束平行光经过后端成像物镜（4）成像到面阵探测器（5）的靶面上，并引入随波长变换的光程差，在探测器靶面上得到携带有干涉条纹的目标场景图像，干涉条纹光程差方向与第一矩形光栅（31）的刻线方向垂直，通过旋转双矩形光栅剪切器（3）或者旋转整套系统对探测目标进行推扫可以获取目标各点不同光程差下的携带有干涉信息的目标干涉图像，并转化成电信号进入信号处理系统（6）；

第五步，信号处理系统（6）从收到的电信号中提取目标各点不同光程差下的干涉数据，对干涉数据进行傅里叶变换等处理后，得到探测目标的光谱数据立方体，从而得到目标各点的高分辨率光谱信息及各个谱段的二维图像信息。