CN102589701B - 扩展空间外差干涉仪的应用带宽的方法 - Google Patents

扩展空间外差干涉仪的应用带宽的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102589701B
CN102589701B CN201210040143.6A CN201210040143A CN102589701B CN 102589701 B CN102589701 B CN 102589701B CN 201210040143 A CN201210040143 A CN 201210040143A CN 102589701 B CN102589701 B CN 102589701B
Authority
CN
China
Prior art keywords
detector
beam splitter
space heterodyne
fundamental frequency
grating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201210040143.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102589701A (zh
Inventor
熊伟
罗海燕
施海亮
李双
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Original Assignee
Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS filed Critical Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority to CN201210040143.6A priority Critical patent/CN102589701B/zh
Publication of CN102589701A publication Critical patent/CN102589701A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102589701B publication Critical patent/CN102589701B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种扩展空间外差干涉仪应用带宽的方法，经准直镜头出射的具有微小视场角的平行光路中设置滤光片，且双向滤光片在光栅刻线方向上分为两部分，有不同的镀膜参数，相应地分别截止空间外差干涉仪基频应用带宽内长波和短波的光谱，经成像镜头比例缩放，最终在探测器上得到基频正方向和负方向的光谱干涉图。本发明相比传统的空间外差干涉仪可保证其光谱分辨率不变的前提下，有效监测目标带宽加倍；本发明解决了背景技术中空间外差干涉仪增加有效应用带宽，需要增大探测器像元数目或降低光谱分辨率的技术问题。

Description

扩展空间外差干涉仪的应用带宽的方法
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其是一种扩展空间外差干涉仪应用带宽的方法。
背景技术
空间外差光谱仪能在较窄的光谱范围内获得极高的光谱分辨率，增加其有效带宽可通过加大探测器像元数目或降低光谱分辨率来实现。
探测器空间频率不变，增加像元数目来扩展带宽，成像镜头缩放比和光栅密度不变的情况下，空间外差干涉仪匹配的成像和准直镜头有效通光孔径均增大一倍，使得整个系统结构尺寸加大。前置和后置镜头由于通光孔径增大，使得像差增大，镜头需重新设计优化。同时，干涉仪中光栅尺寸也需增大一倍，且光栅的大小还受限于分束器的加工制造水平。
传统的采用增加探测器像元数目仅能在系统基频的单方向上扩展光谱应用带宽，空间外差原理的诸多近似理论将不再成立，部分函数式将发生变化，使得后续解析和反演光谱信息更为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种扩展空间外差干涉仪应用带宽的方法，以解决已有技术中空间外差干涉仪只能在较窄的光谱范围内获取极高光谱分辨率的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
扩展空间外差干涉仪应用带宽的方法，包括有空间外差干涉仪、光栅、扩视场棱镜、探测器、成像镜头，所述空间外差干涉仪包括有准直镜头、分束器，所述分束器的上方、后方分别设置有一个光栅，所述分束器与光栅之间还设置有一个扩视场棱镜，所述分束器下方设置有探测器成像镜头，所述分束器与探测器之间还设有成像镜头下，其特征在于：所述分束器与准直镜头或与成像镜头之间设置有一个双向滤光片；
实现方法包括以下实现步骤：
    1）光源射出的光束经前置准直镜头准直后入射至分束器；空间外差光谱技术是通过频率外差调制的方式获得空间干涉图，因此会产生基频两侧光谱区相混叠的现象，可通过截止滤光片的方法对进入干涉仪的入射光滤波，对基频                                               
Figure 2012100401436100002DEST_PATH_IMAGE002
的正方向（或者负方向）的波数进行严格截止滤波，消除光谱混叠；经准直镜头出射的具有微小视场角的平行光路中设置双向滤光片，双向滤光片在光栅刻线方向上分为两部分，有不同的镀膜参数，相应地分别截止空间外差干涉仪基频
Figure 61897DEST_PATH_IMAGE002
应用带宽内长波和短波的光谱，在基频两端只有一个频率方向的光谱进入分束器；
    2）依据空间外差干涉原理，由分束器分光后产生的两束相干光束分别进入光栅，经光栅色散后形成两束具有一定夹角的相干光，相干光束的夹角随波数变化，即每一个波数入射的光产生的干涉条纹空间频率不一样；
3）出射分束器的干涉图像经后置成像镜头比例缩放后，由探测器接收基频正方向和负方向的光谱干涉图；基频波数的光谱元以相同的角度入射至探测器上，产生零空间频率干涉条纹；非基频波数的光谱元，入射到探测器上的夹角不等于零，形成非零空间频率的干涉条纹；偏离基频波数越远，干涉条纹空间频率越高；
4）空间外差干涉仪理论带宽
Figure 2012100401436100002DEST_PATH_IMAGE004
取决于探测器像元数目和系统光谱分辨率，即由探测器的空间频率决定： 
Figure 2012100401436100002DEST_PATH_IMAGE006
其中，N为探测器光谱维有效像元个数，
Figure 2012100401436100002DEST_PATH_IMAGE008
为干涉仪的光谱分辨率；
5）与之相匹配的准直镜头、成像镜头、探测器阵列以及光谱分辨率不变的前提下，将系统有效应用带宽增大为
Figure 2012100401436100002DEST_PATH_IMAGE010
。
所述的扩展空间外差干涉仪带宽的方法，其特征在于：所述空间外差干涉仪的应用带宽的范围由
Figure 2012100401436100002DEST_PATH_IMAGE012
或
Figure 2012100401436100002DEST_PATH_IMAGE014
扩展至
Figure 2012100401436100002DEST_PATH_IMAGE016
。
本发明与现有的技术相比的有益效果是：
1、本发明采用空间外差干涉原理，可使仪器有效应用带宽加倍；
2、所采用的准直镜头、成像镜头及探测器的技术参数不变，均可沿用未经带宽扩展时干涉仪所使用的元件；
3、经分束器出射的两相干光仍保留小角度干涉，空间外差原理的近似理论仍然成立，信息解析反演简易；
4、采用双向滤光片增加有效带宽后，仍可采用扩视场棱镜，且扩视场棱镜顶角及光栅转角满足扩展带宽后系统的要求，保证仪器具有高的辐射通量。
附图说明
图1为本发明的系统示意图； 
图2为本发明的双向滤光片镀膜分区对应光栅的方位图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
参见图1，扩展空间外差干涉仪应用带宽的方法，包括有空间外差干涉仪、光栅3、扩视场棱镜4、探测器7、成像镜头6，空间外差干涉仪包括有准直镜头1、分束器5，分束器5的上方、后方分别设置有一个光栅3，分束器5与光栅3之间还设置有一个扩视场棱镜4，分束器5下方设置有成像镜头6，成像镜头6下设有探测器7，分束器5与准直镜头1，或与成像镜头6之间设置有一个双向滤光片2；
实现方法包括以下实现步骤：
1）光源射出的光束经前置准直镜头1准直后入射至分束器5；空间外差光谱技术是通过频率外差调制的方式获得空间干涉图，因此会产生基频两侧光谱区相混叠的现象，可通过截止滤光片的方法对进入干涉仪的入射光滤波，对基频
Figure 352688DEST_PATH_IMAGE002
的正方向（或者负方向）的波数进行严格截止滤波，消除光谱混叠；经准直镜头1出射的具有微小视场角的平行光路中设置双向滤光片2，双向滤光片2在光栅3刻线方向上分为两部分，有不同的镀膜参数，相应地分别截止空间外差干涉仪基频
Figure 356941DEST_PATH_IMAGE002
应用带宽内长波和短波的光谱，在基频两端只有一个频率方向的光谱进入分束器5；
    2）依据空间外差干涉原理，由分束器5分光后产生的两束相干光束分别进入光栅3，经光栅3色散后形成两束具有一定夹角的相干光，相干光束的夹角随波数变化，即每一个波数入射的光产生的干涉条纹空间频率不一样；
3）出射分束器5的干涉图像经后置成像镜头6比例缩放后，由探测器7接收基频正方向和负方向的光谱干涉图；基频波数的光谱元以相同的角度入射至探测器7上，产生零空间频率干涉条纹；非基频波数的光谱元，入射到探测器7上的夹角不等于零，形成非零空间频率的干涉条纹；偏离基频波数越远，干涉条纹空间频率越高；
4）空间外差干涉仪理论带宽
Figure 553305DEST_PATH_IMAGE004
取决于探测器像元数目和系统光谱分辨率，即由探测器的空间频率决定： 
Figure 758021DEST_PATH_IMAGE006
其中，N为探测器光谱维有效像元个数，
Figure 956921DEST_PATH_IMAGE008
为干涉仪的光谱分辨率；
5）与之相匹配的准直镜头、成像镜头、探测器阵列以及光谱分辨率
Figure 815680DEST_PATH_IMAGE008
不变的前提下，将系统有效应用带宽增大为
Figure 871361DEST_PATH_IMAGE010
；即空间外差干涉仪的应用带宽的范围由
Figure 812641DEST_PATH_IMAGE012
或
Figure 487336DEST_PATH_IMAGE014
扩展至
Figure 197672DEST_PATH_IMAGE016
。

Claims (2)

1.一种扩展空间外差干涉仪的应用带宽的方法，包括有空间外差干涉仪、光栅、扩视场棱镜、探测器、成像镜头，所述空间外差干涉仪包括有准直镜头、分束器，所述分束器的上方、后方分别设置有一个光栅，所述分束器与光栅之间还设置有一个扩视场棱镜，所述分束器下方设置有探测器，分束器与探测器之间还设有成像镜头，其特征在于：所述分束器与准直镜头或与成像镜头之间设置有一个双向滤光片；
实现方法包括以下实现步骤：
    1）光源射出的光束经前置准直镜头准直后入射至分束器，经准直镜头出射的具有微小视场角的平行光路中设置双向滤光片，双向滤光片在光栅刻线方向上分为两部分，有不同的镀膜参数，相应地分别截止空间外差干涉仪基频                                                
Figure 281988DEST_PATH_IMAGE001
应用带宽内长波和短波的光谱，在基频两端只有一个频率方向的光谱进入分束器；
    2）依据空间外差干涉原理，由分束器分光后产生的两束相干光束分别进入光栅，经光栅色散后形成两束具有一定夹角的相干光，相干光束的夹角随波数变化，即每一个波数入射的光产生的干涉条纹空间频率不一样；
3）出射分束器的干涉图像经后置成像镜头比例缩放后，由探测器接收基频正方向和负方向的光谱干涉图；基频波数的光谱元以相同的角度入射至探测器上，产生零空间频率干涉条纹；非基频波数的光谱元，入射到探测器上的夹角不等于零，形成非零空间频率的干涉条纹；偏离基频波数越远，干涉条纹空间频率越高；
4）空间外差干涉仪理论带宽
Figure 894235DEST_PATH_IMAGE002
取决于探测器像元数目和系统光谱分辨率，即由探测器的空间频率决定： 
其中，N为探测器光谱维有效像元个数，
Figure 623778DEST_PATH_IMAGE004
为干涉仪的光谱分辨率；
5）与之相匹配的准直镜头、成像镜头、探测器阵列以及光谱分辨率
Figure 867677DEST_PATH_IMAGE004
不变的前提下，将系统有效应用带宽增大为
Figure 385246DEST_PATH_IMAGE005
。
2.根据权利要求1所述的扩展空间外差干涉仪的应用带宽的方法，其特征在于：所述空间外差干涉仪的应用带宽范围由
Figure 409703DEST_PATH_IMAGE006
或
Figure 303710DEST_PATH_IMAGE007
扩展至
Figure 933274DEST_PATH_IMAGE008
。
CN201210040143.6A 2012-02-22 2012-02-22 扩展空间外差干涉仪的应用带宽的方法 Expired - Fee Related CN102589701B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210040143.6A CN102589701B (zh) 2012-02-22 2012-02-22 扩展空间外差干涉仪的应用带宽的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210040143.6A CN102589701B (zh) 2012-02-22 2012-02-22 扩展空间外差干涉仪的应用带宽的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102589701A CN102589701A (zh) 2012-07-18
CN102589701B true CN102589701B (zh) 2014-05-07

Family

ID=46478667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210040143.6A Expired - Fee Related CN102589701B (zh) 2012-02-22 2012-02-22 扩展空间外差干涉仪的应用带宽的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102589701B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103033265A (zh) * 2012-12-21 2013-04-10 南京理工大学 空间外差干涉超光谱成像装置及方法
CN103063305B (zh) * 2012-12-24 2014-08-27 中国科学院西安光学精密机械研究所 双通道多普勒外差干涉仪
CN103759830B (zh) * 2013-12-12 2015-10-07 中国科学院合肥物质科学研究院 一种分视场空间外差干涉型光谱仪的结构及装调方法
CN104266758B (zh) * 2014-10-21 2016-05-25 中国科学院光电研究院 一种大孔径空间外差干涉光谱成像仪基准波数定标方法
CN108169205A (zh) * 2017-12-27 2018-06-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种空间外差拉曼光谱仪光路结构
CN108181237B (zh) * 2018-02-05 2019-09-27 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种空间外差拉曼成像光谱仪的光路结构
CN112504457B (zh) * 2020-11-27 2023-02-24 武汉船舶通信研究所（中国船舶重工集团公司第七二二研究所） 一种应用于dwdm系统的空间外差光谱仪

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1869658A (zh) * 2006-06-13 2006-11-29 中国科学院安徽光学精密机械研究所 空间外差光谱仪试验装置干涉仪
US7773229B2 (en) * 2007-07-26 2010-08-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Doppler asymmetric spatial heterodyne spectroscopy

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1869658A (zh) * 2006-06-13 2006-11-29 中国科学院安徽光学精密机械研究所 空间外差光谱仪试验装置干涉仪
US7773229B2 (en) * 2007-07-26 2010-08-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Doppler asymmetric spatial heterodyne spectroscopy

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F L Roesler etc..Field-Widened Spatial Heterodyne Spectroscopy: Correcting for Optical Defects and New Vacuum Ultraviolet Performance Tests.《Proceedings of SPIE》.1994,第2280卷
Field-Widened Spatial Heterodyne Spectroscopy: Correcting for Optical Defects and New Vacuum Ultraviolet Performance Tests;F L Roesler etc.;《Proceedings of SPIE》;19940916;第2280卷;第310-319页 *
J. HARLANDER etc..SPATIAL HETERODYNE SPECTROSCOPY FOR THE EXPLORATION OF DIFFUSE INTERSTELLAR EMISSION LINES AT FAR-ULTRAVIOLET WAVELENGTHS.《THE ASTROPHYSICAL JOURNAL》.1992,第396卷
SPATIAL HETERODYNE SPECTROSCOPY FOR THE EXPLORATION OF DIFFUSE INTERSTELLAR EMISSION LINES AT FAR-ULTRAVIOLET WAVELENGTHS;J. HARLANDER etc.;《THE ASTROPHYSICAL JOURNAL》;19920910;第396卷;第730-740页 *
施海亮 等.空间外差光谱技术仿真研究.《光电工程》.2008,第35卷(第12期),
熊伟 等.近红外空间外差光谱仪及水汽探测研究.《光学学报》.2010,第30卷(第5期),
空间外差光谱技术仿真研究;施海亮 等;《光电工程》;20081231;第35卷(第12期);第35-39页，图1 *
近红外空间外差光谱仪及水汽探测研究;熊伟 等;《光学学报》;20100531;第30卷(第5期);第1511-1515页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102589701A (zh) 2012-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102589701B (zh) 扩展空间外差干涉仪的应用带宽的方法
CN106289526B (zh) 基于波前转换法的光子轨道角动量测量系统及方法
CN102661938B (zh) 一种基于切向偏振光的受激发射损耗显微方法和装置
CN104655051B (zh) 一种高速结构光三维面形垂直测量方法
CN103424190B (zh) 双楔板色散剪切干涉超光谱成像装置及方法
CN103091258B (zh) 一种基于液态变焦技术的多光谱成像仪
CN102141439B (zh) 一种凸面光栅成像光谱仪的装配方法
Ma et al. Investigation of phase error correction for digital sinusoidal phase-shifting fringe projection profilometry
CN204831550U (zh) 一种偏振态同步获取的光谱成像装置
CN103148942B (zh) 基于反卷积的双光路光谱测量装置
CN104748855B (zh) 双通道高通量干涉成像光谱装置及方法
CN105547480A (zh) 高通量双折射干涉成像光谱装置
CN104345626A (zh) 一种离轴数字全息波前记录和再现方法及实施装置
CN105157835A (zh) 一种快照式多光谱的图像复分光谱成像方法和光谱成像仪
CN109087395A (zh) 一种三维重建的方法及系统
Xu et al. Optical schemes of super-angular AOTF-based imagers and system response analysis
CN105043546A (zh) 一种新型的aotf光谱成像系统
CN104102018A (zh) 双小凹局部高分辨率成像系统
CN100510662C (zh) 空间调制干涉型计算层析成像光谱仪
CN105387936A (zh) 高通量Sagnac干涉成像光谱装置
Domingue et al. General theoretical treatment of spectral modulation light-labeling spectroscopy
CN106918393B (zh) 一种双通道空间外差光谱仪
CN108613742B (zh) 一种双通道大孔径静态干涉成像光谱仪
CN104748850A (zh) 一种光谱成像仪快速装调方法
CN109541735A (zh) 一种薄膜衍射元件的设计方法及薄膜衍射元件

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140507

Termination date: 20170222

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee