一种宽视场大孔径空间外差干涉成像光谱仪.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108362381A(43)申请公布日2018.08.03(21)申请号201810124459.0(22)申请日2018.02.07(71)申请人中国科学院光电研究院地址100080北京市海淀区中关村东路95号(72)发明人才啟胜相里斌黄旻吕群波赵宝玮韩炜钱路路刘怡轩路向宁(74)专利代理机构北京凯特来知识产权代理有限公司11260代理人郑立明郑哲(51)Int.Cl.G01J3/45(2006.01)G01J3/02(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种宽视场大孔径空间外差干涉成像光谱仪(57)摘要本发明公开了一种宽视场大孔径空间外差干涉成像光谱仪，该方案引入了一个平行平板，当入射干涉仪的视场较大时，平行平板可以补偿平行光栅对引入的横向剪切量随入射视场的变化；从而在较大的视场范围内，干涉图的频率只与入射光的波数相关，采用傅里叶变换即可复原出原始光谱信息。与大孔径空间外差干涉光谱成像技术相比，本发明通过引入一个平行平板，在保留了系统高光谱分辨率特点的同时增大了进入系统的视场角，可提高约一个数量级，使得仪器的光通量大幅提高，这是宽视场大孔径空间外差干涉光谱成像技术的突出优点。CN108362381ACN108362381A权利要求书1/3页1.一种宽视场大孔径空间外差干涉成像光谱仪，其特征在于，包括：准直镜、横向剪切干涉仪、成像镜、探测器和数据处理系统；所述横向剪切干涉仪包括：分束器，第一与第二平面反射镜，一对平行光栅以及平行平板；物面上的某点发出的光经过准直镜准直后成为平行光进入横向剪切干涉仪中，分束器将平行光分为逆时针传播的透射光和顺时针传播的反射光两路；透射光射向第一平面反射镜，反射光射向第二平面反射镜，透射光经第一平面反射镜反射至第二平面反射镜后从分束器透射而出，反射光经第二平面反射镜反射至第一平面反射镜后从分束器反射而出；其中，平行平板设置在分束器与第一平面反射镜的光路上、分束器与第二平面反射镜的光路上，或者第一与第二平面反射镜的光路上；一对平行光栅设置在分束器与第一平面反射镜的光路上、分束器与第二平面反射镜的光路上，或者第一与第二平面反射镜的光路上；两路光从横向剪切干涉仪平行出射，产生了一个横向剪切量，经过成像镜后在探测器上得到受干涉强度调制的目标点强度信息，探测器的不同位置处得到不同地物目标点的不同光程差信息，通过推扫成像和干涉图提取可以得到目标的完整干涉信息，最终由数据处理系统进行光谱复原从而复原出原始光谱信息。2.根据权利要求1所述的一种宽视场大孔径空间外差干涉成像光谱仪，其特征在于，将一对平行光栅与平行平板均依次设置于第一与第二平面反射镜的光路上；一对平行光栅由两个平行放置的光栅组成，两个光栅刻线密度相同，且刻线方向垂直于纸面；光线经过平行光栅对后，出射方向不变，仅产生横向偏移，不同波数的光的衍射角不同，从而使得不同波数的光具有不同的横向剪切量；平行平板，用于补偿平行光栅对引入的横向剪切量随入射视场的变化，在设定的超过一定宽度的视场范围内，干涉图的频率只与入射光波数相关，用傅里叶变换能够复原出原始光谱信息。3.根据权利要求1或2所述的一种宽视场大孔径空间外差干涉成像光谱仪，其特征在于，从横向剪切干涉仪出射的光所产生的横向剪切量由三部分组成：一对平行光栅引入的横向剪切量、平行平板引入的横向剪切量，以及第一反射镜偏离第二反射镜关于分束器的镜像位置处所引入的横向剪切量。4.根据权利要求3所述的一种宽视场大孔径空间外差干涉成像光谱仪，其特征在于，一对平行光栅引入的横向剪切量的计算公式为：式中，bg为平行光栅对的间距，α为入射视场角为ω的光线在一对平行光栅上的入射角，β为衍射角；衍射角β由光栅方程确定：式中，m为衍射级数，g为光栅刻线密度，σ为入射光波数；结合上面两个式子，得到：2CN108362381A权利要求书2/3页将反射光经过一对平行光栅产生的横向剪切量记为hg1，将透射光经过一对平行光栅产生的横向剪切量记为hg2。5.根据权利要求3所述的一种宽视场大孔径空间外差干涉成像光谱仪，其特征在于，平行平板引入的横向剪切量的计算公式为：式中，bp为平行平板的厚度，θ为入射视场角为ω的光线在平行平板上的入射角，φ为光线在平行平板内的折射角，折射角φ由折射定律确定：式中，n为平行平板材料的折射率；结合上面两个式子，得到：将反射光经过平行平板产生的横向剪切量记为hp1，将透射光经过平行平板产生的横向剪切量记为hp2。6.根据权利要求3所述的一种宽视场大孔径空间外差干涉成像光谱仪，其特征在于，第一反射镜偏离第二反射镜关于分束器的镜像位置处所引入的横向剪切量记为hm，其与第一反射镜的偏移量相关，与入射光波数无关；入射视