CN2475013Y - 稳态大视场偏振干涉成像光谱仪 - Google Patents

Abstract

一种可用于同时获取目标形影图像和干涉光谱的稳态大视场偏振干涉成像光谱仪,由同轴设置的前置光学透镜组、视场补偿型偏振干涉仪、收集光学透镜和面阵探测器组成,偏振干涉仪包括起偏器、视场补偿型萨瓦偏光镜和检偏器,萨瓦偏光镜由两块并排放置的负晶或正晶萨瓦板和一块夹设在两萨瓦板间且制作材料型号与萨瓦板材料型号相异的半波补偿板构成,两萨瓦板光轴分别与系统光轴成45°和135°角。产品具有稳态、大视场及高通量等优点。

Description

稳态大视场偏振干涉成像光谱仪

本实用新型内容属于光学仪器技术领域，涉及一种可用于同时获取目标形影图像和干涉光谱的成像光谱仪。

普通概念中的成像仪和光谱仪分属于两类不同的光学仪器，利用成像仪器可以获得目标的形影图像即目标的二维空间信息，利用光谱仪器可以获得目标的光谱从而得出物质的结构及化学组成。在历史上，这两类仪器也是互相独立发展起来的。20世纪80年代，国际上出现了成像光谱仪，它是当今成像仪和光谱仪的有机结合，由于它可同时获得目标的二维空间信息和一维光谱信息，具有成像仪和光谱仪的双重功能，因而在空间遥感、信息获取、科学研究、国民经济发展及国家安全等诸多方面具有极其重要的应用价值，显示出了越来越广阔的应用前景。如在军事方面，它可用于星载(或机载)对地观测地表及隐蔽的军事目标，在民用方面则可用于天文及地球物理研究、资源普查、环境监测、病虫害预报、防灾赈灾、土地碱化和沙化防治、森林植被保护、农作物估产、大气微粒及风场探测、教学仪器等。

迄今为止，成像光谱仪的发展已经历了滤光片型、色散型和干涉型等重要阶段，其中干涉型成像光谱仪又分为时间调制型和空间调制型两大类。由于空间调制干涉成像光谱仪克服了时间调制干涉成像光谱仪需要高精度动镜驱动系统和实时性不好两大缺点，因而其使用波段更宽，稳定性更好，具有潜在的高通量的优点，但这种成像光谱仪存在的主要缺点是装置中含有狭缝，致使进入系统的能量受到了极大的限制，同时由于远场干涉条纹的弯曲，其视场角也做不大(一般仅为1～2°)。20世纪90年代期间，本领域出现了关于偏振干涉成像光谱仪的报导，但在本实用新型方案提出之前，国际上只有美国1996年研制的数字阵列扫描干涉光谱仪(DASI)。DASI是一种属于空间调制型的偏振干涉成像光谱仪，采用Wollaston棱镜、角剪切分束器和近距离目标，存在的缺点是仪器中含有狭缝，能量利用率太低，视场角也依然较小。

本实用新型的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种具有稳态、大视场及高通量等优点的稳态大视场偏振干涉成像光谱仪。

用于实现上述发明目的的技术解决方案是这样的：所提供的稳态偏振干涉成像光谱仪由沿入射光向同轴依次设置的前置光学透镜组、视场补偿型偏振干涉仪、收集光学透镜和面阵探测器(CCD)组成，其中的偏振干涉仪部分包括沿系统光轴同轴依次设置的起偏器、萨瓦偏光镜和检偏器三部分光学构件，所说的萨瓦偏光镜由两块并排放置的负晶或正晶萨瓦(Savart)板和一块夹设在两块萨瓦板之间且制作材料型号与萨瓦板材料型号相异的半波补偿板构成，两萨瓦板的光轴在同一平面内且分别与系统光轴成45°和135°角；面阵探测器的信号输出端通过联接线与计算机信号处理系统的信号获取输入端联接。

本实用新型所述的偏振干涉成像光谱仪属于时空混合模式的偏振干涉成像光谱仪，它与空间调制型偏振干涉成像光谱仪的不同点及重大创新处在于采用了具有视场补偿功能的萨瓦偏光镜为横向剪切分束器，装置中既无狭缝，又可做到大的视场(±10°)，其通量较色散型干涉成像光谱仪高2个数量级，较DASI高N/2倍(N为本实用新型所述装置中视场光阑宽度与DASI狭缝宽度之比，N值一般在1～2个数量级)；该装置为无限远目标，具有多光谱通道、高信噪比、高稳定度、直线光路、结构简单及可超小型化等优点。

以下将结合文后附图对本实用新型内容做进一步说明，该附图为本实用新型一种具体实施例的结构示意图。

如图所示，该稳态偏振干涉成像光谱仪结构包括前置光学透镜组1、视场补偿型偏振干涉仪2、收集光学透镜3和面阵探测器4等部分，面阵探测器4的信号输出端通过联接线与计算机信号处理系统5的信号输入端联接。

前置光学透镜组1的主要作用是将目标光源发出的辐射进行收集、准直和减少杂散光。在目标很远时即认为到达仪器的光束为平行光束时，可将前置光学透镜组去掉，让光线直接进入偏振干涉仪2。

视场补偿型偏振干涉仪2的核心是视场补偿型萨瓦偏光镜，它由两块厚度相同的负晶(如方解石)板或正晶(如石英)板22、24制作，两块萨瓦板的光轴均在纸平面(图中XZ平面)内且与系统光轴(Z轴)成45°角，其中前板22的光轴取向分别与X、Z轴正向成45°角，后板24的光轴取向分别与X轴正向、Z轴负向成45°角，二光轴相互垂直。在两块萨瓦板22、24之间夹有一块半波补偿板23，该补偿板的制作材料型号与萨瓦板相异(如萨瓦板为负晶，则半波补偿板为正晶，反之亦然)，其光轴与二萨瓦板平面(纸平面)即X、Y轴正向成45°角。本实用新型设置半波补偿板23的作用主要有两点：其一是位相延迟，对中心波长为入的光，经半波补偿板23后，位相延迟π，这样即可使在萨瓦偏光镜前板22中的寻常光经过半波板23后，在后板24中变为非寻常光，反之亦然；其二是起到大视场的补偿作用，实施中通过适当选取半波板23的材料与厚度，即可使萨瓦偏光镜中二线偏振光eo与oe产生的光程得到补偿，也就是说半波补偿板23可对上述二线偏振光eo与oe产生一个负光程差，使合光程差得到相应减少，以便向完整的补偿——零光程差接近。半波补偿板也可由两块结构完全与萨瓦偏光镜相同的异型晶体板制作，其厚度根据视场补偿而定，放置于二萨瓦板之间。设计时，可根据光谱分辨率的要求确定偏光镜的最大光程差，采用上述方法进行“视场补偿”后，使之达到要求的最大光程差和需要的分辨率，这样就比无视场补偿情形可以有更大的视场角，也即达到了广角大视场的目的。起偏器21和检偏器25分设于萨瓦偏光镜两端，它们的偏振化方向均与X、Y轴正向成45°角，这样可使剪切量最大。萨瓦偏光镜的作用是将由起偏器21射出的一束偏振光横向剪切为两束出射方向平行于入射光束且振动方向相互垂直和有一定间距的二线偏振光，二线偏振光经检偏器25后变为沿检偏器25偏振化方向振动的线偏振光。

收集光线透镜3的作用是将目标辐射光收集到位于其焦面的探测器上，二光在此处发生干涉并形成干涉图(条纹)。干涉条纹与剪切方向垂直，光程差与剪切量和探测器尺寸成正比，与成像镜焦距成反比，光程差越大，光谱分辨率越高。

面阵探测器4为干涉信号接收器，在仪器相对于目标推扫时，即可获得目标的二维空间信息和一维光谱信息。

计算机信号处理系统5把从探测器4获取的干涉图信号进行处理后，最终得出目标的光谱信息与图像信息。

该稳态大视场偏振干涉成像光谱仪的实际工作过程是这样的：前置光学透镜组1将光源辐射收集、准直后射入视场补偿型偏振干涉仪2，即准直光线经起偏器21后变为沿起偏器21偏振方向振动的一束线偏振光，经视场补偿型萨瓦偏光镜后被横向剪切为两束振动面相互垂直的线偏振光，通过检偏器25检偏后变成振动方向完全一致的二束线偏振光，再经收集光学透镜3在探测器4上相遇，形成干涉条纹，依靠仪器沿光束剪切方向推扫来获得完整的干涉图，干涉图经计算机信息处理系统后即可得到目标的光谱信息和多光谱图像。

Claims (2)

1、一种稳态大视场偏振干涉成像光谱仪，其特征在于它由沿入射光向同轴依次设置的前置光学透镜组(1)、视场补偿型偏振干涉仪(2)、收集光学透镜(3)和面阵探测器(4)组成，其中：偏振干涉仪(2)包括沿系统光轴同轴依次设置的起偏器(21)、视场补偿型萨瓦偏光镜和检偏器(25)，所说的萨瓦偏光镜由两块并排放置的负晶萨瓦板(22、24)和一块夹设在两负晶萨瓦板(22、24)之间的正晶半波补偿板(23)构成，两萨瓦板(22、24)的光轴在同一平面内且分别与系统光轴成45°和135°角；面阵探测器(4)的信号输出端通过联接线与计算机信号处理系统(5)的信号获取输入端联接。

2、如权利要求1所述的稳态大视场偏振干涉成像光谱仪，其特征在于所说的萨瓦偏光镜由两块并排放置的正晶萨瓦板(22、24)和一块夹设在两正晶萨瓦板(22、24)之间的负晶半波补偿板(23)构成，两萨瓦板(22、24)的光轴在同一平面内且分别与系统光轴成45°和135°角。

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