CN101382456B - 光纤傅立叶变换成像光谱仪装置 - Google Patents
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Abstract
一种光纤傅立叶变换成像光谱仪装置，属紧凑型小型化成像光谱仪的技术领域。本发明的装置由前置望远镜1、光纤狭缝2、半反半透分束镜3、第一光纤束4、第二光纤束5及焦平面探测器6组成。工作时，前置望远镜1把远距离的线状物成像在光纤狭缝2上，通过光纤狭缝2之后的出射光投射到半反半透分束镜3表面，经过半反半透分束镜3后，由光纤狭缝2上发出的一束光被分成两束相干光束；该两束相干光再经过第一光纤束4和第二光纤束5投射到焦平探测器6表面，在焦平面探测器6表面形成混叠的干涉条纹的灰度图像分布。本发明具有高分辨率、宽视场、高光通量、无动镜以及光学结构小型化的特点，特别适合于航空航天遥感对地观测领域的高光谱成像系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤傅立叶变换成像光谱仪装置，属于紧凑型小型化成像光谱仪的技术领域；特别涉及高分辨率高信噪比的成像光谱仪技术。
背景技术
傅立叶变换成像光谱仪(Fourier Transform Imaging Spectrometer)属于一种成像型干涉仪(Imaging Interferometer)。干涉型成像光谱仪测量双光束的干涉强度，测量过程中，所有谱元均有贡献，传统的干涉成像光谱仪中虽然也有狭缝，但狭缝宽度不影响光谱分辨率，只决定于空间分辨率的要求。在满足空间分辨率的前提下，狭缝可以较宽，从而使狭缝面积和视场角较大。理论分析表明，在具有相同光谱分辨率的条件下，干涉型成像光谱仪的入射通量往往较色散型成像光谱仪高得多。此外，在色散型成像光谱仪中，狭缝的高度会导致光谱线弯曲，从而导致空间分辨率和光谱分辨率下降，因此限制了视场的任意加大。总之，与色散型成像光谱仪相比，干涉型成像光谱仪在原理上具有高通量、高光谱分辨率、高信噪比、大视场等优势。
现有的空间调制成像光谱仪大都是需要采用透反式或透射式的分束干涉结构；其光路中大多包括傅立叶透镜和柱透镜，光路结构复杂，由此带来光谱范围有限、光能损失较大、光学系统色差等问题；对于SAGNAC结构的空间调制成像光谱仪还存在一半的入射光能量反回到入射方向的问题，因此光能损失较大、系统信噪比低。而本文提出的光纤傅立叶变换成像光谱仪光谱仪的光路结构在原理上可以避免上述问题，因此发展光纤傅立叶变换成像光谱仪光谱仪有实际意义。
在国际专利方面，美国专利US4523846[10]和US5777736[11]分别介绍了采用Sagnac分束结构的干涉型成像光谱仪，二者都包含透反式或透射式光学部件，没有光纤结构。
在国内专利方面，中国专利No.99115952[2]和No.99256131[3]分别介绍了采用Sagnac分束结构的干涉型成像光谱仪；No.01213109[4]、No.01213108[5]以及No.99256129[6]分别介绍了采用偏振型器件的干涉型成像光谱仪。
经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
参考文献：
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[3]相里斌，赵葆常，杨建峰，王炜，原新晶，高立民，王忠厚，袁艳，高灵敏度干涉成像光谱装置，中国专利：99256131。
[4]张淳民，相里斌，赵葆常，杨建峰，超小型稳态偏振干涉成像光谱仪，中国专利：01213109。
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[12]Compact all-reflective imaging spectrometer，Patent Number：US5260767.
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种光纤傅立叶变换成像光谱仪装置。
本发明在现在有技术的基础上改进而成。本发明的一种光纤傅立叶变换成像光谱仪装置由前置望远镜(1)、光纤狭缝(2)、半反半透分束镜(3)、第一光纤束(4)、第二光纤束(5)、焦平面探测器(6)组成。该装置中采用一组光纤狭缝(2)、半反半透分束镜(3)、第一光纤束(4)、第二光纤束(5)的光路结构；其中：光纤狭缝(2)的入射端面位于其前方的前置望远镜(1)的焦平面上；半反半透分束镜(3)位于光纤狭缝(2)之后；光纤狭缝(2)和第一光纤束(4)、第二光纤束(5)的光纤数目相同；光纤狭缝(2)的第一根光纤和第一光纤束(4)的第一根光纤、第二光纤束(5)的第一根光纤紧贴在半反半透分束镜(3)的两个侧面，第一光纤束(4)的第一根光纤接受光纤狭缝(2)的第一根光纤通过半反半透分束镜(3)之后的反射光，第二光纤束(5)的第一根光纤接受光纤狭缝(2)的第一根光纤通过半反半透分束镜(3)之后的透射光，第一光纤束(4)和第二光纤束(5)的其他光纤同第一根光纤进行一样的排列处理；第一光纤束(4)、第二光纤束(5)包含的所有光纤长度都相同；第一光纤束(4)、第二光纤束(5)平行排列；焦平面探测器(6)平行于第一光纤束和第二光纤束的出射端面。
工作时，前置望远镜把远距离的线状物成像在光纤狭缝上，这相当于在空间遥感系统中，把垂直于推扫方向的远距离地面的线状目标成像于干涉系统的入射狭缝上。通过光纤狭缝之后的出射光投射到半反半透分束镜表面，经过半反半透分束镜后，由光纤狭缝上发出的一束光被分成两束相干光束；该两束相干光再经过两组光纤束投射到探测器表面，在焦平面探测器表面形成混叠的干涉条纹的灰度图像分布。
本发明装置具有高分辨率、宽视场、高光通量、无动镜以及光学结构小型化的特点，特别适合于航空航天遥感对地观测领域的高光谱成像系统。
附图说明：
图l为本发明的光纤傅立叶变换成像光谱仪装置的结构示意图。
图2为本发明的实施例图。
具体实施方式：
下面结合附图1本发明作详细的描述：
如图1所示，本发明装置由前置望远镜(1)、光纤狭缝(2)、半反半透分束镜(3)、第一光纤束(4)、第二光纤束(5)、焦平面探测器(6)组成。其中，光纤狭缝(2)的入射端面位于其前方的前置望远镜(1)的焦平面上；半反半透分束镜(3)位于光纤狭缝(2)之后；光纤狭缝(2)和第一光纤束(4)、第二光纤束(5)的光纤数目相同；光纤狭缝(2)的第一根光纤和第一光纤束(4)的第一根光纤、第二光纤束(5)的第一根光纤紧贴在半反半透分束镜(3)的两个侧面，第一光纤束(4)的第一根光纤接受光纤狭缝(2)的第一根光纤通过半反半透分束镜(3)之后的反射光，第二光纤束(5)的第一根光纤接受光纤狭缝(2)的第一根光纤通过半反半透分束镜(3)之后的透射光，第一光纤束(4)和第二光纤束(5)的其他光纤同第一根光纤进行一样的排列处理；第一光纤束(4)、第二光纤束(5)包含的所有光纤长度都相同；第一光纤束(4)、第二光纤束(5)平行排列；焦平面探测器(6)平行于第一光纤束和第二光纤束的出射端面。
工作时，前置望远镜(1)把远距离的线状物成像在光纤狭缝(2)上，这相当于在空间对地观测系统中，把垂直于推扫方向的远距离地面的线状目标成像于干涉系统的入射狭缝上。通过光纤狭缝(2)之后的出射光投射到半反半透分束镜(3)表面；经过半反半透分束镜(3)后，光纤狭缝(2)出射的一束光被分为两束相干光；该两束相干光再经过第一光纤束(4)、第二光纤束(5)投射到探测器表面，在焦平面探测器(6)表面形成混叠的干涉条纹的灰度图像分布。
如图2所示，对焦平面探测器(6)表面形成的混叠干涉条纹灰度图像进行去混叠处理和傅立叶变换后，就得到目标的光谱。
Claims (1)
1.一种光纤傅立叶变换成像光谱仪装置，其特征在于该装置采用一组光纤狭缝(2)、半反半透分束镜(3)、第一光纤束(4)、第二光纤束(5)的光路结构；其中：光纤狭缝(2)的入射端面位于其前方的前置望远镜(1)的焦平面上；半反半透分束镜(3)位于光纤狭缝(2)之后；光纤狭缝(2)和第一光纤束(4)、第二光纤束(5)的光纤数目相同；光纤狭缝(2)的第一根光纤和第一光纤束(4)的第一根光纤、第二光纤束(5)的第一根光纤紧贴在半反半透分束镜(3)的两个侧面，第一光纤束(4)的第一根光纤接受光纤狭缝(2)的第一根光纤通过半反半透分束镜(3)之后的反射光，第二光纤束(5)的第一根光纤接受光纤狭缝(2)的第一根光纤通过半反半透分束镜(3)之后的透射光，第一光纤束(4)和第二光纤束(5)的其他光纤同第一根光纤进行一样的排列处理；第一光纤束(4)、第二光纤束(5)的每根光纤长度都相同；第一光纤束(4)、第二光纤束(5)平行排列；焦平面探测器(6)平行于第一光纤束和第二光纤束的出射端面。
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