CN105005143B - 一种体全息光栅可调谐滤波器 - Google Patents

一种体全息光栅可调谐滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种体全息光栅可调谐滤波器，包括介质腔和两个相同的体全息光栅，所述介质腔具有一组平行外表面，两个体全息光栅分别位于介质腔的该组平行外表面上，且安装方向相反；介质腔内为真空或填充有其他光介质。本发明与现有技术相比，光路结构简单，光谱透过率高；对二级体光栅横向尺寸要求低，降低了体全息光栅的加工难度；易于搭建光谱成像系统；器件体积小、重量轻、可移植性强，适用于多种光谱成像系统光路。

Description

一种体全息光栅可调谐滤波器
技术领域
本发明涉及光谱成像技术领域，具体是指一种体全息光栅可调谐滤波器。
背景技术
光谱成像技术能够同时获取目标的光谱信息和空间信息，对有效增加光学探测的信息量、完成复杂背景下目标的特征识别具有重要意义，在地物识别、天文观测、生物医学、资源勘探、环境监测和自然灾害预报等诸多领域都有广阔的应用前景。
基于体全息光栅可调滤波器的光谱成像技术能够同时实现目标面阵光谱成像和全色成像，并具有光谱透过率高、光谱调谐范围宽、分辨率高、杂散光少、成像失真小、结构简单和通道可复用等一系列优点，因此在众多的光谱分离技术中具有独特优势，是一种极具应用前景的光谱成像技术。
然而，在宽谱非准直光条件下进行光谱成像，普通的体全息光栅会产生严重的色模糊，而使用角锥棱镜等光路折返器件使光路原路返回进行校正的方法会对光能量造成极大的损失，并且对于光栅的横向尺寸要求较大，造成体全息光栅制作的困难。
发明内容
为克服现有普通体全息光栅在宽谱非准直光条件下进行光谱成像，会产生严重色模糊的技术缺陷，并尽可能减小器件的尺寸，本发明公开了一种体全息光栅可调谐滤波器。
本发明所述一种体全息光栅可调谐滤波器，包括介质腔和两个相同的体全息光栅，所述介质腔具有一组平行外表面，两个体全息光栅分别位于介质腔的该组平行外表面上，且安装方向相反；介质腔内为真空或填充有其他光介质。
具体的，所述光介质为空气、水、液晶、固体透光物质中的一种。
优选的，还包括旋转平台，所述介质腔固定安装在旋转平台上，安装有体全息光栅的面垂直于旋转平台表面。
优选的，所述介质腔为平行六面体。
优选的，介质腔的平行外表面之间间距A=L/tan(θin+θout)；两个体全息光栅的中轴线间距B=0.5L；其中L为体全息光栅长度，θin、θout分别为光束的入射角和出射角。
采用本发明所述一种体全息光栅可调谐滤波器可实现清晰的光谱成像面，与现有技术相比，具有如下优点：
一.光路结构简单，光谱透过率高；
二.对二级体光栅横向尺寸要求低，降低了体全息光栅的加工难度；
三.出射光场与入射光场方向平行，易于搭建光谱成像系统；
四.器件体积小、重量轻、可移植性强，适用于多种光谱成像系统光路。
附图说明
图1为本发明所述一种具体实施方式结构示意图；
图2为本发明一种具体实施方式俯视示意图；
图3为本发明的一种使用方式示意图；
图4为本发明所述平行外表面之间间距A、两个体全息光栅的中轴线间距B、体全息光栅长度L的示意图；
图中附图标记名称为：10-一级全息光栅 11-二级全息光栅 20-第一侧壁 21-第二侧壁 22-顶盖23-底板 30-光介质 40-旋转平台 50-入射光场 51-衍射光场 52-出射光场。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述一种体全息光栅可调谐滤波器，包括介质腔和两个相同的全息光栅，所述介质腔具有一组平行外表面，两个全息光栅分别位于介质腔的该组平行外表面上，且安装方向相反；介质腔内为真空或填充有其他光介质。
如图1所示，体全息光栅对作为光谱滤波和消除成像色模糊的结构，包括一级体全息光栅10和二级体全息光栅11，其中，一级体全息光栅10位于介质腔前端的平面，二级体全息光栅11位于介质腔后端平面，图1所示的具体实施方式中，介质腔为平行六面体，包括第一侧壁20,第二侧壁21，顶盖22，底板23。介质腔用于固定一级体全息光栅10和二级体全息光栅20，以及盛装不同折射率的填充介质。根据不同应用场合的需要，介质腔内为真空或填充有其他光介质30，可以使用不同折射率的光介质，例如空气、透光液体例如水或水溶液、液晶、透光固体物质等，由于光谱滤波调谐的过程中出射角会不断变化，要保证二级体光栅始终能完整接收到一级体光栅的衍射光，二级体光栅的横向长度与角度变化值和光栅间距正相关，因此选用较大折射率的光介质30可以减小一级体全息光栅10的出射光角度，从而减小二级体全息光栅所需要的长度，降低二级体全息光栅的制作难度和减小体积重量。
所谓安装方向相反即保证一级体全息光栅与二级体全息光栅的光路重合但方向相反，如图2所示，入射光场50和出射光场52相互平行，衍射光场分别作为一级体全息光栅与二级体全息光栅的出射光和入射光，即两个体全息光栅的光路重合但方向相反。
本发明所述基于体全息光栅的可调谐滤波成像器件以俯视角度来看，呈现平行四边形样式，二级体全息光栅11的位置正好接收一级体全息光栅的衍射光10，这样可以尽可能减小对二级体全息光栅长度11的要求。采用平行四边形截面或平行六面体形式的介质腔可以更好的实现光路逆转并便于制造。
本发明的工作原理如下，如图3所示：入射光场50进入一级体全息光栅10，一级体全息光栅10的衍射光场51经过光介质30后，经过二级体全息光栅11衍射，校正色模糊，从而得到某一谱段的清晰图像。使用时，还可以设置旋转平台，将介质腔固定在旋转平台表面，一级体全息光栅10位于旋转平台40的中心，通过旋转平台40转动改变入射光场50的入射角，从而改变滤波波长，并保证入射光场50始终从一级体全息光栅10的中心位置通过。二级体全息光栅11接收到一级体全息光栅10的衍射光后，由于二级体全息光栅11的结构参数与一级体全息光栅10完全相同，并与一级体全息光栅10背对背平行放置，因此一级体全息光栅10的衍射光场51刚好满足二级体全息光栅11的布拉格条件，再次发生衍射，出射光场52方向与入射光场50方向平行，并且使色模糊得到校正。
两个平行体光栅之间的间距和横向错开距离应优化选取，由于光谱滤波调谐的过程中出射角会不断变化，要保证二级体光栅始终能完整接受一级体光栅的衍射光，二级体光栅的横向长度与角度变化值应和光栅间距成正比，间距过大则需要二级体光栅的横向长度较大，对减小器件尺寸不利；但如果间距过小，则两个光栅的横向错开距离较小，一级体光栅的透射光51将直接打在二级体光栅上，与出射光52混在一起，产生的图像信息是光谱成像技术中的干扰项，造成图像的重影，通过实验测量，如图4所示，假定体全息光栅的长度为L, 两个体全息光栅的中轴线间距B=0.5L ，光束的入射角和出射角分别为θin、θout，则两个平行光栅之间间距应取L/tan(θin+θout)。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种体全息光栅可调谐滤波器，其特征在于，包括介质腔和两个相同的体全息光栅，所述介质腔具有一组平行外表面，两个体全息光栅分别位于介质腔的该组平行外表面上，且安装方向相反；介质腔内为真空或填充有其他光介质；
所述光介质为空气、水、液晶、固体透光物质中的一种；
介质腔的平行外表面之间间距A=L/tan(θin+θout)；两个体全息光栅的中轴线间距B=0.5L；其中L为体全息光栅长度，θin、θout分别为光束的入射角和出射角。
2.如权利要求1所述的一种体全息光栅可调谐滤波器，其特征在于，还包括旋转平台，所述介质腔固定安装在旋转平台上，安装有体全息光栅的面垂直于旋转平台表面。
3.如权利要求1所述的一种体全息光栅可调谐滤波器，其特征在于，所述介质腔为平行六面体。
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