CN2479491Y - 超小型稳态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光谱信息的偏振干涉成像光谱仪,由同轴设置的前置光学透镜组、偏振干涉仪、收集光学透镜和面阵探测器组成,其中偏振干涉仪由起偏器、萨瓦偏光镜和检偏器组成,所说的萨瓦偏光镜包括两块等厚单轴负晶萨瓦板,两者的光轴相互垂直且各与系统光轴成45°角;探测器的信号输出端外接至计算机信号处理系统。产品具有结构简单、体积小、无狭缝、高通量、高信噪比、多通道和对远距离目标及微弱信号探测能力强等优点。

Description

超小型稳态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信息获取遥感成像光谱仪。

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象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、国民经济发展以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，此外，由于这类成像光谱仪大多是建立在Sagnac干涉仪基础上的，体积较大，且又经多次反射、折射，能量损失大。20世纪90年代，出现了关于偏振干涉光谱仪的报导。在本实用新型方案提出之前，国际上只有美国于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，对远距离目标及微弱信号探测能力差。

本实用新型的目的在于提供一种光路结构简单、体积小、无狭缝、通量高且对远距离目标及微弱信号探测能力强的超小型稳态偏振干涉成像光谱仪，用以克服现有技术的不足。

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、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由沿系统光轴同轴依次设置的起偏器、萨瓦偏光镜和检偏器(分析器)组成，所说的萨瓦偏光镜包括两块厚度相同且毗挨设置的单轴负晶萨瓦板，两块单轴负晶萨瓦板的光轴相互垂直且分别与系统光轴成45°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。

本实用新型所述装置的工作原理是在普通成像系统中加入了横向剪切干涉仪，采用双折射晶体(萨瓦偏光镜)将一束光横向剪切为两束平行光束，经成像镜后在探测器像面上形成干涉图和目标像，依靠场视角来调制光程差，随着仪器的推扫即可得到目标的完整干涉图，干涉图再经计算机系统处理后即可获得目标的光谱图像。该稳态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在于采用了萨瓦偏光镜横向剪切分束器，装置中无狭缝，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，体积小(其中光学系统核心部分尺寸为长20cm，直径6cm)和可超小型化制作等优点。

以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明。

图1为本实用新型一个具体实施例的光路原理结构示意图。

图2为图1中偏振干涉仪部分的结构示意图。

图3为本实用新型的一个应用实施例——模拟卫星推扫系统的原理图。

如图所示，该超小型稳态偏振干涉成像光谱仪结构包括前置光学透镜组1、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。

偏振干涉仪2的结构如图2所示，包括起偏器21、萨瓦偏光镜、检偏器24三部分。萨瓦偏光镜由两块厚度相同的单轴负晶萨瓦板22和23组成，两块萨瓦板的光轴均与系统光轴(图中Z轴)成45°角，其中前板22光轴在纸平面(XZ平面)内且与X、Z轴正向成45°角，后板23光轴在水平面(YZ平面)内且与Y、Z轴正向成45°角，二板光轴在空间相互垂直。起偏器21和检偏器24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eo、oe，二线偏振光经检偏器24后变为沿检偏器24偏振化方向振动的线偏振光。图中标号d为横向剪切量。

收集光学透镜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。

在图3描示的应用实施例中，干涉成像光谱仪I中前置光学透镜组将目标6辐射的光线收集和准直，偏振干涉仪将一束光横向剪切为相互平行且振动方向一致的两束线偏振光，收集光学透镜将光线会聚在其焦面的探测器24上，最后经计算机信息处理系统即可得到目标的光谱信息与多光谱图像。图中箭头标示方向为装置推扫的运动方向。

Claims (1)

1. 一种超小型稳态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)、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)由沿系统光轴同轴依次设置的起偏器(21)、萨瓦偏光镜和检偏器(24)组成，所说的萨瓦偏光镜包括两块厚度相同且毗挨设置的单轴负晶萨瓦板(22、23)，两负晶萨瓦板(22、23)的光轴相互垂直且分别与系统光轴成45°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。

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