動(dòng)鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種動(dòng)鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀，包括依光路設(shè)置的起偏器(1)、第一Wollaton棱鏡(2)、第二Wollaton棱鏡(3)、檢偏器(4)、傅里葉透鏡(5)和焦平面探測器(6)。兩塊棱鏡厚度相等、楔角相等、主截面相互垂直。經(jīng)過第一棱鏡(2)的光出射時(shí)被橫向剪切成偏振方向相互垂直的兩束光。本實(shí)用新型提供的成像光譜儀的FPA6上每一像點(diǎn)的光程差都隨動(dòng)鏡變化即隨時(shí)間變化，因此它應(yīng)歸類于時(shí)間調(diào)制型干涉系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)在于可以獲得較大的光程差，即較高的光譜分辨率。
【專利說明】動(dòng)鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于光譜成像的儀器，尤其涉及一種動(dòng)鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀，屬于光譜成像領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]傅里葉變換光譜技術(shù)，或簡稱為傅里葉光譜技術(shù)，可以追溯到1880年發(fā)明的邁克爾遜(Michelson)干涉儀；雖然該發(fā)明的初衷是用于真空中光速的測量，但是它具備了現(xiàn)代傅里葉變換光譜儀的基本結(jié)構(gòu)。1891年邁克爾遜明確指出，在雙光束干涉儀的接收面上，由光程差變化引起的干涉強(qiáng)度變化等于被測光譜的傅里葉變換，從而奠定了現(xiàn)代傅里葉變換光譜儀的理論基礎(chǔ)。在隨后發(fā)展歷程中，盡管傅里葉光譜技術(shù)的很多優(yōu)點(diǎn)被人們揭示出來，但是由于高分辨率傅里葉變換光譜反演過程所需要的計(jì)算量非常大，因此直到20世紀(jì)后半葉，傅里葉光譜技術(shù)才隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展逐步占據(jù)光譜技術(shù)、尤其是紅外光譜測量領(lǐng)域的重要地位。特別是在1965年，J.ff.Cooley和J.W.Tukey發(fā)明了快速傅里葉變換(FFT)算法并且把它應(yīng)用于干涉光譜儀上，從而使高分辨率傅里葉變換光譜反演所需要的計(jì)算時(shí)間大大縮短，也使得傅里葉變換光譜測量技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。
[0003]傅里葉光譜技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)不僅僅停留在針對(duì)簡單的點(diǎn)光源或面光源的光譜測量。為了滿足各種應(yīng)用場合的需要，具有成像、高靈敏度、快速、寬譜段、高穩(wěn)定性等功能或特點(diǎn)的傅里葉光譜技術(shù)也得到發(fā)展。雖然傅里葉變換光譜儀FTS(Fourier TransformSpectrometers)早在20世紀(jì)60年代就逐步進(jìn)入實(shí)用化，但傅里葉變換成像光譜儀FTIS (Fourier Transform Imaging Spectrometers)的概念直到 20 世紀(jì) 90 年代初才隨著遙感成像光譜技術(shù)的發(fā)展而被提出，并得到大力發(fā)展。因此可以認(rèn)為傅里葉光譜技術(shù)仍然是一門年輕的科學(xué)。成像光譜技術(shù)是70年代末首先在美國提出并發(fā)展起來的，它具有圖像和光譜合一的特點(diǎn)，其信息的分析處理集中于在光譜維上進(jìn)行圖像信息的展開和定理分析。在遙感領(lǐng)域，各國都將干涉型成像光譜技術(shù)作為重點(diǎn)發(fā)展方向。
[0004]傅里葉變換成像光譜儀在很多文獻(xiàn)中又被稱作成像干涉儀(imaginginterferometer)。按掃描原理劃分，目前的傅里葉變換成像光譜儀大致可以劃分為時(shí)間調(diào)制型(Temporarily Modulated)和空間調(diào)制型(Spatially Modulated)兩大類。其中時(shí)間調(diào)制型需要安裝動(dòng)鏡，光程差的變化受到一定的限制。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決好現(xiàn)有技術(shù)的問題，彌補(bǔ)現(xiàn)有目前市場上現(xiàn)有產(chǎn)品的不足。
[0006]本實(shí)用新型提供了一種動(dòng)鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀，包括依光路設(shè)置的起偏器、第一棱鏡、第二棱鏡、檢偏器、傅里葉透鏡和焦平面探測器。
[0007]優(yōu)選的，上述第一棱鏡和第二棱鏡均為Wollaton棱鏡，且兩塊棱鏡厚度相等、楔角相等、主截面相互垂直。
[0008]優(yōu)選的，上述第一棱鏡使入射光產(chǎn)生角度剪切。
[0009]優(yōu)選的，上述經(jīng)過第一棱鏡的光出射時(shí)被橫向剪切成偏振方向相互垂直的兩束光。
[0010]優(yōu)選的，上述經(jīng)過橫向剪切后的兩束光經(jīng)過所述檢偏器后振動(dòng)方向相同。
[0011]本實(shí)用新型提供的成像光譜儀的FPA6上每一像點(diǎn)的光程差都隨動(dòng)鏡變化即隨時(shí)間變化，因此它應(yīng)歸類于時(shí)間調(diào)制型干涉系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)在于可以獲得較大的光程差，即較高的光譜分辨率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型偏振干涉光程差的計(jì)算原理圖。
[0014]附圖標(biāo)記:1_起偏器；2_第一棱鏡；3_第二棱鏡；4_檢偏器；5_傅里葉透鏡；6-焦平面探測器。

【具體實(shí)施方式】
[0015]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0016]本實(shí)用新型的動(dòng)鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀具體如圖1所示，光譜儀包括依光路設(shè)置的起偏器1、第一棱鏡2、第二棱鏡3、檢偏器4、傅里葉透鏡5和焦平面探測器6。第一棱鏡2和第二棱鏡3均為Wollaton棱鏡，且兩塊棱鏡厚度相等、楔角相等、主截面相互垂直。第一棱鏡2使入射光產(chǎn)生角度剪切。經(jīng)過第一棱鏡2的光出射時(shí)被橫向剪切成偏振方向相互垂直的兩束光。經(jīng)過橫向剪切后的兩束光經(jīng)過所述檢偏器4后振動(dòng)方向相同。
[0017]本實(shí)用新型的光路原理，它采用了兩塊厚度相等、楔角相等、主截面相互垂直的Wollaton棱鏡。第一棱鏡(Wollaston) 2可以使入射光產(chǎn)生角度剪切。由Wollaton棱鏡出射的被橫向剪切的兩束光分別為ο光和e光,它們的偏振方向相互垂直,經(jīng)過檢偏器后振動(dòng)方向相同，再經(jīng)傅里葉透鏡(FTL) 5聚焦到FPA6上產(chǎn)生干涉。此系統(tǒng)的干涉圖案疊加在被測目標(biāo)的圖像上，類似于動(dòng)鏡邁克爾遜時(shí)間調(diào)制干涉成像系統(tǒng)的情況。
[0018]當(dāng)光線垂直入射(i = O)時(shí)，即軸上光束，其光程差為:
[0019]I = 2 (ne_n0) Xtan θ Xx (I)
[0020]其中，X為入射光對(duì)光軸的中心偏移量，Θ為Wollaston棱鏡的楔角。
[0021]當(dāng)光線以角度i入射時(shí)，即軸外光束，其光程差為:

2 2.Γ--οοΠSin2O^xP
L 」2?:h,(2)
[0023]其中，α為入射面與第一塊晶體的主平面的夾角。參照?qǐng)D1，當(dāng)i很小時(shí)有:
[0024]i ? Sin/ = 4
/(3)
[0025]把⑵式帶入⑴式，得到 2 2 ^
[0026]I = ix ΖΠ° (cos2^ ~^a2a)x(^-f
2,*:?/(4)
[0027]由式⑷可知，F(xiàn)PA6上的干涉點(diǎn)距原點(diǎn)的距離ξ與干涉光程差I(lǐng)之間不存在線性關(guān)系，即在FPA6面上不能沿著ξ方向產(chǎn)生等距離的干涉條紋，而是產(chǎn)生雙曲線干涉條紋。因此不能像Savart或Sagnac組成的系統(tǒng)那樣實(shí)現(xiàn)推掃或窗掃。但是，可以利用圖2所示的結(jié)構(gòu)組成一個(gè)Wollaton凝視干涉成像系統(tǒng)，它實(shí)際上就是一種時(shí)間調(diào)制干涉型光譜成像系統(tǒng)。其關(guān)鍵之處在于:在凝視周期內(nèi)，通過平行移動(dòng)第二棱鏡(Wollaston) 3來同時(shí)改變每一個(gè)FPA6成像位置的干涉光程差，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間調(diào)制。
[0028]由圖2可以推導(dǎo)出平行入射光線的光程差變化:
[0029]Δ I = [2 (n0-ne) tan θ ] Xh
[0030]即光程差增量與Wollaston棱鏡的偏移量h成正比。因此可以通過勻速平移第二棱鏡(Wollaston) 3來實(shí)現(xiàn)等光程差采樣。
[0031]可以看出，本實(shí)用新型提供的成像光譜儀的FPA6上每一像點(diǎn)的光程差都隨動(dòng)鏡變化即隨時(shí)間變化，因此它應(yīng)歸類于時(shí)間調(diào)制型干涉系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)在于可以獲得較大的光程差，即較高的光譜分辨率。
[0032]以上所述之【具體實(shí)施方式】為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，并非以此限定本實(shí)用新型的具體實(shí)施范圍，本實(shí)用新型的范圍包括并不限于本【具體實(shí)施方式】，凡依照本實(shí)用新型之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種動(dòng)鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于:所述光譜儀包括依光路設(shè)置的起偏器(I)、第一棱鏡(2)、第二棱鏡(3)、檢偏器(4)、傅里葉透鏡(5)和焦平面探測器(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于:所述第一棱鏡(2)和第二棱鏡(3)均為Wollaton棱鏡，且兩塊棱鏡厚度相等、楔角相等、主截面相互垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于:所述第一棱鏡(2)使入射光產(chǎn)生角度剪切。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動(dòng)鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于:所述經(jīng)過第一棱鏡(2)的光出射時(shí)被橫向剪切成偏振方向相互垂直的兩束光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動(dòng)鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀，其特征在于:所述經(jīng)過橫向剪切后的兩束光經(jīng)過所述檢偏器(4)后振動(dòng)方向相同。
【文檔編號(hào)】G01J3/45GK204115869SQ201420434050
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】卓朝旦 申請(qǐng)人:奉化市宇創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)有限公司