CN102322956A - 转镜式傅里叶干涉成像光谱仪 - Google Patents

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刘亮
黄雷涛
屈求智
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一种转镜式傅里叶干涉成像光谱仪，沿激光入射光路依次由前置望远成像系统、入射狭缝、准直器、三角共路分光仪、再成像傅里叶透镜和面阵探测器组成，所述的三角共路分光仪由第一全反镜、第二全反镜和半透半反镜构成，所述的半透半反镜与入射光束成45°并具有改变入射光束入射角的旋转机构，所述的第一全反镜和第二全反镜的位置固定，所述的入射狭缝位于所述的前置望远成像系统的焦点，所述的成像傅里叶透镜位于所述的三角共路分光仪的输出光方向，所述的面阵探测器位于所述的成像傅里叶透镜的像平面。本发明能够得到被探测目标的空间信息和光谱信息，具有结构紧凑、小型化的特点，还扩大了傅里叶干涉成像光谱仪的应用范围。

Description

转镜式傅里叶干涉成像光谱仪
技术领域
本发明涉及光谱仪，特别是一种转镜式傅里叶干涉成像光谱仪。
背景技术
光谱仪是个古老的仪器。通常用色散的方法把光谱在空间展开，从而进行探测。但是色散光谱仪体积庞大价格昂贵，且分辨率不高，已经渐渐不能满足应用需求。还有一种获得光谱的方法是干涉仪，比如法布里—拍罗干涉仪(以下简称为F-P干涉仪)。F-P干涉仪实际上是一个可调谐滤波器，它让需要的波长通过而滤去不需要的波长。这样，分辨率越高，通过波长的能力越小，从而信噪比降低。另一种方法是利用声光调制光谱滤波器，但同样的也存在F-P干涉仪的缺点。近年来，傅里叶干涉仪成为一类很有发展潜力的新型成像光谱技术。傅里叶干涉仪至少有两个优点，即所谓的高通量和多通道优点。高通量是指傅里叶干涉仪可以探测更大的张角，而多通道则是全谱线的光子都给信号作贡献，从而提高信噪比。
目前，多数情况下，傅里叶干涉仪均为迈克耳逊傅里叶干涉仪，需要一个移动镜子来提供光程差。这个移动镜子需要极高的稳定度，因此，通常需要附加的伺服系统来控制该镜子。这样的一个系统非常复杂，而且受环境的影响非常大。另外，这类干涉仪对光程差零点进行扫描只能用两种方法，目标移动或整个干涉仪移动，这也限制了干涉仪应用的场合。
发明内容
本发明的目的是提供一种转镜式傅里叶干涉成像光谱仪，该光谱仪具有小型化的特点，还扩大了傅里叶干涉成像光谱仪的应用范围。
本发明技术解决方案是：
一种转镜式傅里叶干涉成像光谱仪，其特点在于：沿激光入射光路依次由前置望远成像系统、入射狭缝、准直器、三角共路分光仪、再成像傅里叶透镜和面阵探测器组成，所述的三角共路分光仪由第一全反镜、第二全反镜和半透半反镜构成，所述的半透半反镜与入射光束成45°并具有改变入射光束入射角的旋转机构，所述的第一全反镜和第二全反镜的位置固定，所述的入射狭缝位于所述的前置望远成像系统的焦点，所述的成像傅里叶透镜位于所述的三角共路分光仪的输出光方向，所述的面阵探测器位于所述的成像傅里叶透镜的像平面。
所述的入射狭缝位于所述的再成像傅里叶透镜的前焦面。
待测物体发出的光经前置望远成像系统、入射狭缝和所述的准直器后形成一束平行光投射在所述的三角共路分光仪的半透半反镜上，被分成透射光和反射光，其中反射光经过第一全反镜和第二全反镜两次反射后再次经所述的半透半反镜反射输出；透射光经过第二全反镜和第一全反镜反射后经半透半反镜透射与所述的反射输出的光束汇合形成干涉。而且三角共路干涉仪中第一全反镜和第二全反镜相对于半透半反镜的分束面有一个偏移量，使得分成的两束光有一定的光程差。该两束相干光经所述的成像傅里叶透镜后在所述的面阵探测器上形成一系列干涉条纹。
当转动半透半反镜时，使光程差零点在整个面阵探测器的像面上移动。
本发明具有优点是：
1、使用三角共光路干涉仪，前置望远成像系统把物体成像在一个焦平面上。准直透镜的焦点位于前置望远成像系统的像平面，从而像平面的每个点经过准直透镜后都有同样的倾角。经过三角共光路干涉仪后再用另外一个成像傅里叶透镜成像，在面阵探测器列成上形成干涉条纹和图像的叠加，所有的光线在三角共光路干涉仪内汇聚，因此，整个系统便可做的较小。
2、整个装置保持不动，只有所述的半透半反镜本身具有旋转机构，以改变入射光束的入射角，从而可以监视某一特定的地点。
3、而且，所述的半透半反镜的旋转不需要如迈克耳逊干涉仪的镜子那样精确扫描，从而可大大简化整个装置。
附图说明
图1是本发明转镜式傅里叶干涉成像光谱仪的结构示意图。
图2是本发明转镜式傅里叶干涉成像光谱仪的光路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明转镜式傅里叶干涉成像光谱仪的结构示意图。由图可见，本发明转镜式傅里叶干涉成像光谱仪，沿激光入射光路依次由前置望远成像系统1、入射狭缝2、准直器3、三角共路分光仪、再成像傅里叶透镜7和面阵探测器8组成，所述的三角共路分光仪由第一全反镜5、第二全反镜6和半透半反镜4构成，所述的半透半反镜4与入射光束成45°并具有改变入射光束入射角的旋转机构，所述的第一全反镜5和第二全反镜6的位置固定，所述的入射狭缝2位于所述的前置望远成像系统1的焦点，所述的成像傅里叶透镜7位于所述的三角共路分光仪的输出光方向，所述的面阵探测器8位于所述的成像傅里叶透镜7的像平面。所述的三角共路分光仪又可简称sagnac。前置望远成像系统1将被测物面成像到入射狭缝处，入射狭缝出射的光经三角共路分光仪的半透半反境4分成反射光和透射光，再经Sagnac的第一全反镜5、第二全反镜6反射及分束面反射或透射后入射到傅里叶透镜7上。当sagnac的第一全反镜5、第二全反镜6的两个反射面相对于半透半反境4完全对称时，无程差存在，故亦无干涉效应。而当第一全反镜5、第二全反镜6的两个反射面相对于半透半反镜4的分束面不对称时，两束相干光相对于光轴向两边分开。光路设置使入射狭缝2置于傅里叶透镜7的前焦面处，此时对傅里叶变换透镜而言，分开的两束光相当于来自两个虚物点。因这两个虚物点来自同一光源，是相干的，故由这两个虚物点发出的相干光束经过三角共路分光仪后变成平行光，在傅里叶透镜后的面阵探测器8处合束形成干涉。这样，我们就得到了整个图像上叠加的一系列空间干涉条纹图。
如图2所示，当半透半反镜旋转时，系统扫描物平面，所得到的像也相应地在像平面上移动，从而扫描光程差零点得到整个像面的光谱信息。
实验表明，本发明具有结构紧凑、小型化的特点，还扩大了傅里叶干涉成像光谱仪的应用范围。

Claims (2)

1.一种转镜式傅里叶干涉成像光谱仪，其特征在于：沿激光入射光路依次由前置望远成像系统(1)、入射狭缝(2)、准直器(3)、三角共路分光仪、再成像傅里叶透镜(7)和面阵探测器(8)组成，所述的三角共路分光仪由第一全反镜(5)、第二全反镜(6)和半透半反镜(4)构成，所述的半透半反镜(4)与入射光束成45°并具有改变入射光束入射角的旋转机构，所述的第一全反镜(5)和第二全反镜(6)的位置固定，所述的入射狭缝(2)位于所述的前置望远成像系统(1)的焦点，所述的成像傅里叶透镜(7)位于所述的三角共路分光仪的输出光方向，所述的面阵探测器(8)位于所述的成像傅里叶透镜(7)的像平面。
2.根据权利要求1所述的转镜式傅里叶干涉成像光谱仪，其特征在于：所述的入射狭缝(2)位于所述的再成像傅里叶透镜(7)的前焦面。
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