超小型穩態偏振幹涉成像光譜儀的製作方法
2023-05-04 12:23:06
專利名稱：超小型穩態偏振幹涉成像光譜儀的製作方法
技術領域：
本實用新型內容屬於光學儀器技術領域，涉及一種可用於同時獲取目標形影圖像和幹涉光譜的信息獲取遙感成像光譜儀。
普通概念中的成像儀和光譜儀分屬於兩類不同的光學儀器，利用成像儀器可以獲得目標的形影圖象即目標的二維空間信息，利用光譜儀器可以獲得目標的光譜從而得出物質的結構及化學組成。在歷史上，這兩類儀器也是互相獨立發展起來的。20世紀80年代，國際上出現了成像光譜儀，它是當今成像儀和光譜儀的有機結合，由於它可同時獲得目標的二維空間信息和一維光譜信息，具有成像儀和光譜儀的雙重功能，因而在空間遙感、信息獲取、科學研究、國民經濟發展以及國家安全等諸多方面具有極其重要的應用價值，顯示出了越來越廣闊的應用前景。如在軍事方面，它可用於星載(或機載)對地觀測地表及隱蔽的軍事目標，在民用方面則可用於天文及地球物理研究、資源普查、環境監測、病蟲害預報、防災賑災、土地鹼化和沙化防治、森林植被保護、農作物估產、大氣微粒及風場探測、教學儀器等。
迄今為止，成像光譜儀的發展已經歷了濾光片型、色散型和幹涉型等重要階段，其中幹涉型成像光譜儀又分為時間調製型和空間調製型兩大類。由於空間調製幹涉成像光譜儀克服了時間調製幹涉成像光譜儀需要高精度動鏡驅動系統和實時性不好兩大缺點，因而其使用波段更寬，穩定性更好，具有潛在的高通量的優點。但這種成像光譜儀存在的主要缺點是裝置中含有狹縫，致使進入系統的能量受到了極大的限制，此外，由於這類成像光譜儀大多是建立在Sagnac幹涉儀基礎上的，體積較大，且又經多次反射、折射，能量損失大。20世紀90年代，出現了關於偏振幹涉光譜儀的報導。在本實用新型方案提出之前，國際上只有美國於1996年研製的數字陣列掃描幹涉光譜儀(DASI)。DASI是一種屬於空間調製型的偏振幹涉成像光譜儀，採用Wollaston稜鏡、角剪切分束器和近距離目標，存在的缺點是儀器中含有狹縫，能量利用率太低，對遠距離目標及微弱信號探測能力差。
本實用新型的目的在於提供一種光路結構簡單、體積小、無狹縫、通量高且對遠距離目標及微弱信號探測能力強的超小型穩態偏振幹涉成像光譜儀，用以克服現有技術的不足。
用於實現上述發明目的的技術解決方案是這樣的所提供的穩態偏振幹涉成像光譜儀由沿入射光向同軸依次設置的前置光學透鏡組、偏振幹涉儀、收集光學透鏡和面陣探測器(CCD)組成，其中的偏振幹涉儀部分由沿系統光軸同軸依次設置的起偏器、薩瓦偏光鏡和檢偏器(分析器)組成，所說的薩瓦偏光鏡包括兩塊厚度相同且毗挨設置的單軸負晶薩瓦板，兩塊單軸負晶薩瓦板的光軸相互垂直且分別與系統光軸成45°角；面陣探測器的信號輸出端通過聯接線與計算機信號處理系統的信號獲取輸入端聯接。
本實用新型所述裝置的工作原理是在普通成像系統中加入了橫向剪切幹涉儀，採用雙折射晶體(薩瓦偏光鏡)將一束光橫向剪切為兩束平行光束，經成像鏡後在探測器像面上形成幹涉圖和目標像，依靠場視角來調製光程差，隨著儀器的推掃即可得到目標的完整幹涉圖，幹涉圖再經計算機系統處理後即可獲得目標的光譜圖像。該穩態偏振幹涉成像光譜儀屬於時空混合模式的偏振幹涉成像光譜儀，它與空間調製型偏振幹涉成像光譜儀的不同點及重大創新在於採用了薩瓦偏光鏡橫向剪切分束器，裝置中無狹縫，其通量較色散型幹涉成像光譜儀高2個數量級，較DASI高N/2倍(N為本實用新型所述裝置中視場光闌寬度與DASI狹縫寬度之比，N值一般在1～2個數量級)；該裝置為無限遠目標，具有多光譜通道、高信噪比、高穩定度、直線光路、結構簡單，體積小(其中光學系統核心部分尺寸為長20cm，直徑6cm)和可超小型化製作等優點。
以下將結合附圖對本實用新型內容做進一步說明。
圖1為本實用新型一個具體實施例的光路原理結構示意圖。
圖2為圖1中偏振幹涉儀部分的結構示意圖。
圖3為本實用新型的一個應用實施例——模擬衛星推掃系統的原理圖。
如圖所示，該超小型穩態偏振幹涉成像光譜儀結構包括前置光學透鏡組1、偏振幹涉儀2、收集光學透鏡3和面陣探測器4等部分，面陣探測器4的信號輸出端通過聯接線與計算機信號處理系統5的信號輸入端聯接。
前置光學透鏡組1的主要作用是將目標發出的輻射進行收集、準直和減少雜散光。在目標很遠時即認為到達儀器的光束為平行光束時，可將前置光學透鏡組去掉，讓光線直接進入偏振幹涉儀2。
偏振幹涉儀2的結構如圖2所示，包括起偏器21、薩瓦偏光鏡、檢偏器24三部分。薩瓦偏光鏡由兩塊厚度相同的單軸負晶薩瓦板22和23組成，兩塊薩瓦板的光軸均與系統光軸(圖中Z軸)成45°角，其中前板22光軸在紙平面(XZ平面)內且與X、Z軸正向成45°角，後板23光軸在水平面(YZ平面)內且與Y、Z軸正向成45°角，二板光軸在空間相互垂直。起偏器21和檢偏器24的偏振化方向均與X、Y軸正向成45°角，這樣可使剪切量最大。薩瓦偏光鏡的作用是將由起偏器21射出的一束偏振光橫向剪切為兩束出射方向平行於入射光束且振動方向相互垂直和有一定間距的二線偏振光eo、oe，二線偏振光經檢偏器24後變為沿檢偏器24偏振化方向振動的線偏振光。圖中標號d為橫向剪切量。
收集光學透鏡3的作用是將目標輻射光收集到位於其焦面的探測器上，二光在此處發生幹涉並形成幹涉圖(條紋)。幹涉條紋與剪切方向垂直，光程差與剪切量和探測器尺寸成正比，與成像鏡焦距成反比，光程差越大，光譜解析度越高。
面陣探測器4為幹涉信號接收器，在儀器相對於目標推掃時，即可獲得目標的二維空間信息和一維光譜信息。
計算機信號處理系統5把從探測器4獲取的幹涉圖信號進行處理後，最終得出目標的光譜信息與圖像信息。
在圖3描示的應用實施例中，幹涉成像光譜儀I中前置光學透鏡組將目標6輻射的光線收集和準直，偏振幹涉儀將一束光橫向剪切為相互平行且振動方向一致的兩束線偏振光，收集光學透鏡將光線會聚在其焦面的探測器24上，最後經計算機信息處理系統即可得到目標的光譜信息與多光譜圖像。圖中箭頭標示方向為裝置推掃的運動方向。
權利要求一種超小型穩態偏振幹涉成像光譜儀，其特徵在於它由沿入射光向同軸依次設置的前置光學透鏡組(1)、偏振幹涉儀(2)、收集光學透鏡(3)和面陣探測器(4)組成，其中偏振幹涉儀(2)由沿系統光軸同軸依次設置的起偏器(21)、薩瓦偏光鏡和檢偏器(24)組成，所說的薩瓦偏光鏡包括兩塊厚度相同且毗挨設置的單軸負晶薩瓦板(22、23)，兩負晶薩瓦板(22、23)的光軸相互垂直且分別與系統光軸成45°角；面陣探測器(4)的信號輸出端通過聯接線與計算機信號處理系統(5)的信號獲取輸入端聯接。
專利摘要一種可用於同時獲取目標形影圖像和光譜信息的偏振幹涉成像光譜儀,由同軸設置的前置光學透鏡組、偏振幹涉儀、收集光學透鏡和面陣探測器組成,其中偏振幹涉儀由起偏器、薩瓦偏光鏡和檢偏器組成,所說的薩瓦偏光鏡包括兩塊等厚單軸負晶薩瓦板,兩者的光軸相互垂直且各與系統光軸成45°角;探測器的信號輸出端外接至計算機信號處理系統。產品具有結構簡單、體積小、無狹縫、高通量、高信噪比、多通道和對遠距離目標及微弱信號探測能力強等優點。
文檔編號G01J3/45GK2479491SQ01213109
公開日2002年2月27日 申請日期2001年3月15日 優先權日2001年3月15日
發明者張淳民, 相裡斌, 趙葆常, 楊建峰 申請人:張淳民