一種外差式偏振干涉光譜成像方法及光譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種外差式偏振干涉光譜成像方法及光 譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 傅里葉變換光譜成像技術(shù)又稱干涉光譜成像技術(shù)，其干涉圖與被測(cè)目標(biāo)的光譜信 息具有傅里葉變換的關(guān)系。從干涉圖獲取方式上來(lái)分，干涉光譜成像技術(shù)可分為：時(shí)間調(diào)制 型、空間調(diào)制型和時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型三種方式。
[0003] (1)時(shí)間調(diào)制型干涉光譜成像技術(shù)中，利用動(dòng)鏡的平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生不同的光程差。 由于具有運(yùn)動(dòng)部件，相比于空間調(diào)制型干涉光譜成像技術(shù)，其穩(wěn)定性較差，但是通過(guò)動(dòng)鏡的 運(yùn)動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)較大光程差。
[0004] (2)空間調(diào)制型干涉光譜成像技術(shù)中，系統(tǒng)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，具有很好的穩(wěn)定性?？?間調(diào)制型干涉光譜成像技術(shù)主要有兩類(lèi)代表性方案，一類(lèi)是以變形的Sagnac干涉儀為分 束元件，另一類(lèi)是以雙折射晶體為分束元件。
[0005] (3)時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型干涉光譜成像技術(shù)結(jié)合了時(shí)間調(diào)制和空間調(diào)制的特點(diǎn)，其在 某一時(shí)刻可以獲取某一目標(biāo)點(diǎn)特定光程差下的干涉信息，通過(guò)飛行平臺(tái)的推掃來(lái)獲取該點(diǎn) 不同光程差下的完整干涉圖，隨后再進(jìn)行傅里葉變換獲取光譜信息。時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型干涉 光譜成像技術(shù)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中無(wú)狹縫，而且是點(diǎn)到點(diǎn)的成像關(guān)系，所有能量全部集中到一 個(gè)點(diǎn)上，其信噪比高于空間調(diào)制干涉光譜儀。
[0006] 在時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型干涉光譜成像技術(shù)中，有一種方案是基于雙折射晶體進(jìn)行分光 的偏振干涉光譜成像技術(shù)，其原理圖如圖1所示，主要由前置鏡L0、準(zhǔn)直鏡LU起偏器P、 Savart偏光鏡、分析器（檢偏器）A、成像鏡L2、面陣探測(cè)器D以及數(shù)據(jù)圖像處理系統(tǒng)組成。 被測(cè)目標(biāo)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后在探測(cè)器上形成疊加了干涉信息的目標(biāo)圖像，經(jīng)過(guò)推掃后得到目標(biāo)的 完整干涉圖樣，最后經(jīng)傅里葉變換復(fù)原出目標(biāo)的光譜信息。
[0007] 然而，上述現(xiàn)有的偏振干涉光譜成像技術(shù)中，由于干涉圖與被測(cè)目標(biāo)的光譜圖具 有傅里葉變換的對(duì)應(yīng)關(guān)系，干涉圖的零頻分量對(duì)應(yīng)于被測(cè)目標(biāo)的零波數(shù)，干涉圖的最大頻 率對(duì)應(yīng)于被測(cè)目標(biāo)的最大波數(shù)σ _，根據(jù)Nyquist采樣定理，若儀器給定的光譜分辨率為 S 〇，則干涉圖的采樣頻率應(yīng)大于最高頻率的二倍，即干涉圖采樣點(diǎn)數(shù)為N = 2 σ _/ δ 〇。 當(dāng)所需要的光譜分辨率較高或者最大波數(shù)較大時(shí)，要求的采樣點(diǎn)數(shù)會(huì)很多，這必然會(huì)對(duì)探 測(cè)器的面陣大小提出更高的要求，同時(shí)，采樣點(diǎn)數(shù)過(guò)多也會(huì)影響單幀圖像的提取速度，影響 光譜信息獲取的實(shí)時(shí)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種外差式偏振干涉光譜成像方法及光譜儀，可通過(guò)較少的 干涉圖采樣點(diǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)較高的光譜分辨率。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0010] -種外差式偏振干涉成像光譜儀，包括：
[0011] 依次設(shè)置的前置鏡、準(zhǔn)直鏡、起偏器、Savart偏光鏡、1/4波片、偏振光柵對(duì)、分析 器、成像鏡、面陣探測(cè)器以及數(shù)據(jù)圖像處理系統(tǒng)；
[0012] 其中，前置鏡用于將探測(cè)目標(biāo)成像在視場(chǎng)光闌處，所述視場(chǎng)光闌位于準(zhǔn)直鏡的前 焦平面上；所述探測(cè)器位于成像鏡的后焦面上。
[0013] 所述起偏器的偏振化方向在XY平面內(nèi)且與X、Y軸正向成45°。
[0014] 所述Savart偏光鏡包括兩塊厚度為t的單軸晶體，第一塊晶體的光軸在XZ平面 內(nèi)且與X、Z軸正向成45° ;第二塊晶體的光軸在YZ平面內(nèi)且與Y、Z軸正向成45°。
[0015] 所述偏振光柵對(duì)包括兩塊平行的具有相同刻線密度和方向的偏振光柵，所述1/4 波片輸出的兩束平行的左旋偏振光與右旋偏振光經(jīng)過(guò)平行的偏振光柵對(duì)后產(chǎn)生間距隨波 長(zhǎng)變化的平行光。
[0016] -種外差式偏振干涉光譜成像方法，基于前述的外差式偏振干涉成像光譜儀實(shí)現(xiàn) 光譜成像，成像過(guò)程包括：
[0017] 利用前置鏡將探測(cè)目標(biāo)成像在視場(chǎng)光闌處，所述視場(chǎng)光闌位于準(zhǔn)直鏡的前焦平面 上；目標(biāo)上某一點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)前置鏡和準(zhǔn)直鏡后變?yōu)槠叫泄馊肷涞狡鹌魃?，平行光?jīng) 過(guò)起偏器后變?yōu)榫€偏振光進(jìn)入Savart偏光鏡，線偏振光經(jīng)Savart偏光鏡處理為振動(dòng)方向 互相垂直且平行于入射方向并具有一定間距的兩束線偏振光；
[0018] 之后，這兩束線偏振光經(jīng)過(guò)后1/4波片后變?yōu)閮墒D(zhuǎn)方向相反的圓偏振光，并 經(jīng)由偏振光柵對(duì)改變這兩束圓偏振光之間的間距，再經(jīng)過(guò)檢偏器后變?yōu)閮墒叫邢喔晒猓?這兩束平行相干光束經(jīng)過(guò)成像鏡后在探測(cè)器上相干疊加，所述探測(cè)器位于成像鏡的后焦 面上，不同的目標(biāo)點(diǎn)成像在探測(cè)器的不同位置處，最終得到疊加了干涉信息的目標(biāo)圖像，經(jīng) 過(guò)數(shù)據(jù)圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)圖像處理，從而復(fù)原出目標(biāo)的光譜信息。
[0019] 所述起偏器的偏振化方向在XY平面內(nèi)且與X、Y軸正向成45°。
[0020] 所述Savart偏光鏡包括兩塊厚度為t的單軸晶體，第一塊晶體的光軸在XZ平面 內(nèi)且與X、Z軸正向成45° ;第二塊晶體的光軸在YZ平面內(nèi)且與Y、Z軸正向成45° ;
[0021] 線偏振光進(jìn)入Savart偏光鏡的第一塊晶體后分為〇光和e光；〇光沿原方向傳 播，e光發(fā)生偏折，之后分開(kāi)的兩束光入射到第二塊晶體；原〇光變?yōu)閑光產(chǎn)生偏折，再經(jīng)過(guò) Savart偏光鏡的后表面偏折后沿平行于入射方向射出；原e光變?yōu)椹柟馄酆笱仄叫杏谌?射方向射出；從而使得線偏振光經(jīng)過(guò)Savart偏光鏡后變?yōu)檎駝?dòng)方向互相垂直且平行于入 射方向并具有一定間距的兩束線偏振光。
[0022] 所述經(jīng)由偏振光柵對(duì)改變這兩束圓偏振光之間的間距包括：
[0023] 偏振光柵對(duì)記為偏振光柵PGl與偏振光柵PG2 ;兩束圓偏振光分別右旋偏振光和 左旋偏振光；
[0024] 當(dāng)右旋偏振光和左旋偏振光經(jīng)過(guò)偏振光柵PGl時(shí)分別產(chǎn)生+1級(jí)衍射和-1級(jí)衍 射，不同波長(zhǎng)的入射光其衍射角不同；
[0025] 偏振光柵PG2與偏振光柵PGl的刻線密度相同，且刻線方向和刻線平面均與偏振 光柵PGl平行，由于這對(duì)平行偏振光柵的作用，光線經(jīng)過(guò)偏振光柵PG2衍射后，其出射方向 與入射偏振光柵PGl時(shí)的方向相同，從而得到間距隨波長(zhǎng)變化的平行光束。
[0026] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明方案通過(guò)外差技術(shù)，使得干涉 圖的零頻對(duì)應(yīng)于光譜圖中的最小波數(shù)σ_，Β卩，使得原始〇_到σ _的一段的光譜圖 移頻到〇波數(shù)附近。這樣，如果在保證光譜分辨率不變的情況下，則采樣點(diǎn)數(shù)會(huì)降到 N= 2(σ_-σ_)/δ σ。而若采樣點(diǎn)數(shù)保持不變，則光譜分辨率會(huì)提高：分辨率變?yōu)?S 〇 (σ_-σ_)/σ_。由此可見(jiàn)，本發(fā)明的上述方案可通過(guò)較少的干涉圖采樣點(diǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn) 較高的光譜分辨率。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其 他附圖。
[0028] 圖1為本發(fā)明【背景技術(shù)】提供的基于雙折射晶體進(jìn)行分光的偏振干涉光譜成像技 術(shù)的原理圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種外差式偏振干涉成像光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種外差式偏振干涉成像光譜儀推掃示意圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種外差式偏振干涉成像光譜儀等效光路示意圖；
[0032] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種外差式偏振干涉成像光譜儀中偏振光柵對(duì)引入 的橫向剪切