CN204903011U - 偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，包括沿着光路方向设置的物镜(1)、视场光栏(2)、准直镜(3)、起偏器(4)、偏光镜(5)、检偏器(6)、傅里叶变换透镜(7)和焦平面探测器(8)，所述偏光镜(5)由两块厚度相等的单轴晶体组成。本实用新型提供的偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，采用了两块厚度相等的单轴晶体组成的偏光镜，两块晶体的主平面相互垂直，一束线偏振光经过后得到振动方向互相垂直的并且有一定横向剪切量(d)的两束线偏振光；经检偏器后其振动方向一致；再经成像镜聚焦在FPA探测器表面上形成干涉图样。

Description

偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪

技术领域

本实用新型涉及一种用于光谱成像的仪器，尤其涉及一种偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，属于光谱成像领域。

背景技术

傅里叶变换光谱技术，或简称为傅里叶光谱技术，可以追溯到1880年发明的迈克尔逊(Michelson)干涉仪；虽然该发明的初衷是用于真空中光速的测量，但是它具备了现代傅里叶变换光谱仪的基本结构。1891年迈克尔逊明确指出，在双光束干涉仪的接收面上，由光程差变化引起的干涉强度变化等于被测光谱的傅里叶变换，从而奠定了现代傅里叶变换光谱仪的理论基础。在随后发展历程中，尽管傅里叶光谱技术的很多优点被人们揭示出来，但是由于高分辨率傅里叶变换光谱反演过程所需要的计算量非常大，因此直到20世纪后半叶，傅里叶光谱技术才随着数字计算机技术的发展逐步占据光谱技术、尤其是红外光谱测量领域的重要地位。特别是在1965年，J.W.Cooley和J.W.Tukey发明了快速傅里叶变换(FFT)算法并且把它应用于干涉光谱仪上，从而使高分辨率傅里叶变换光谱反演所需要的计算时间大大缩短，也使得傅里叶变换光谱测量技术的广泛应用成为现实。

傅里叶光谱技术发展到今天，已经不仅仅停留在针对简单的点光源或面光源的光谱测量。为了满足各种应用场合的需要，具有成像、高灵敏度、快速、宽谱段、高稳定性等功能或特点的傅里叶光谱技术也得到发展。虽然傅里叶变换光谱仪FTS(FourierTransformSpectrometers)早在20世纪60年代就逐步进入实用化，但傅里叶变换成像光谱仪FTIS(FourierTransformImagingSpectrometers)的概念直到20世纪90年代初才随着遥感成像光谱技术的发展而被提出，并得到大力发展。因此可以认为傅里叶光谱技术仍然是一门年轻的科学。成像光谱技术是70年代末首先在美国提出并发展起来的，它具有图像和光谱合一的特点，其信息的分析处理集中于在光谱维上进行图像信息的展开和定理分析。在遥感领域，各国都将干涉型成像光谱技术作为重点发展方向。

傅里叶变换成像光谱仪在很多文献中又被称作成像干涉仪(imaginginterferometer)。按扫描原理划分，目前的傅里叶变换成像光谱仪大致可以划分为时间调制型(TemporarilyModulated)和空间调制型(SpatiallyModulated)两大类。其中时间调制型需要安装动镜，光程差的变化受到一定的限制。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，解决好现有技术的问题，弥补现有目前市场上现有产品的不足。

本实用新型提供了一种偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，包括沿着光路方向设置的物镜、视场光栏、准直镜、起偏器、偏光镜、检偏器、傅里叶变换透镜和焦平面探测器，所述偏光镜由两块厚度相等的单轴晶体组成。

优选的，上述两块晶体的主平面相互垂直。

优选的，上述入射光经起偏器后变成一束线偏振光，然后入射到双折射晶体表面。

本实用新型提供的偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，采用了两块厚度相等的单轴晶体组成的偏光镜，两块晶体的主平面相互垂直，一束线偏振光经过后得到振动方向互相垂直的并且有一定横向剪切量(d)的两束线偏振光；经检偏器后其振动方向一致；再经成像镜聚焦在FPA探测器表面上形成干涉图样。

附图说明

图1为本实用新型的光路原理图；

图2为本实用新型的偏振板光路原理图。

附图标记：1-物镜；2-视场光栏；3-准直镜；4-起偏器；5-偏光镜；6-检偏器；7-傅里叶变换透镜；8-焦平面探测器。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型的偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪具体如图1所示，包括沿着光路方向设置的物镜(1)、视场光栏(2)、准直镜(3)、起偏器(4)、偏光镜(5)、检偏器(6)、傅里叶变换透镜(7)和焦平面探测器(8)，所述偏光镜(5)由两块厚度相等的单轴晶体组成。两块晶体的主平面相互垂直。入射光经起偏器(4)后变成一束线偏振光，然后入射到双折射晶体表面。

该偏光镜由两块厚度相等的单轴晶体组成，两块晶体的主平面相互垂直。图2中光束的入射面与第一块偏振板的主平面重合。

结合图1和图2进行分析：入射光经起偏器后变成一束线偏振光，然后入射到双折射晶体表面，进入第一块板后分成两束线偏振光——寻常光(o光)和异常光(e光)；o光沿原入射方向传播，e光偏折。当进入第二块板时，原o光变成e光，原e光变成o光。由第二块板出射后，o光和e光为振动方向互相垂直的并且有一定横向剪切量(d)的两束线偏振光；经检偏器后其振动方向一致；再经成像镜聚焦在FPA探测器表面上形成干涉图样。

当入射面与晶体主平面重合时，横向剪切距离为：

$d=\sqrt{2}t\{\frac{n_o^2-n_e^2}{n_o^2-n_e^2}+\sin i[\frac{n_o{n}_e}{{\left(\frac{n_o^2+n_e^2}{2}\right)}^{\frac{3}{2}}}-\frac{1}{n_o}]+...\}$

可以写出光程差的表达式：

$l=\sqrt{2}t\×\frac{n_o^2-n_e^2}{n_o^2-n_e^2}\×\sin i$

其中，n_o和n_e分别为晶体的寻常折射率和非寻常折射率，t为偏光镜的单板厚度。根据光程差公式可知，如果在检偏器P2之后采用一个傅里叶聚焦透镜，就可以在焦平面上得到等距离的干涉条纹。事实上有：

$\sin i=\frac{\mathrm{\ξ}}{f_{\mathrm{FTL}}}$

其中，ξ为FTL焦平面的干涉点P与原点O之间的距离。把上式带入光程差表达式就可以得到：

$l=\sqrt{2}t\×\frac{n_o^2-n_e^2}{n_o^2-n_e^2}\×\sin i=\frac{\mathrm{\ξ}\×d}{f_{\mathrm{FTL}}}$

即在焦平面上等距离的采样间隔对应于距离的光程差。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪包括沿着光路方向设置的物镜(1)、视场光栏(2)、准直镜(3)、起偏器(4)、偏光镜(5)、检偏器(6)、傅里叶变换透镜(7)和焦平面探测器(8)，所述偏光镜(5)由两块厚度相等的单轴晶体组成。

2.根据权利要求1所述的偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于：所述两块晶体的主平面相互垂直。

3.根据权利要求1所述的偏振干涉傅里叶变换成像光谱仪，其特征在于：入射光经起偏器(4)后变成一束线偏振光，然后入射到双折射晶体表面。