基于轻型分束器的红外成像光谱仪及制作方法技术

基于轻型分束器的红外成像光谱仪及制作方法，涉及对地观测成像光谱仪领域，为解决现有成像光谱仪内部的干涉分光系统体积较大，不便于实现系统的轻量化，且内部含有与空间分辨率有关的狭缝，限制了进入系统的光通量的问题，栅格型分束器系统引入代替了系统中存在分束器和补偿板，具有体积小、重量轻的优点。在实现了系统轻量化的同时，为整体光学系统的设计带来了方便，本发明专利技术所述的系统不含有狭缝，与空间调制傅里叶变换成像光谱仪相比大大提高了系统的光通量，统去除了空间调制型傅里叶变换成像光谱仪中的狭缝，在实现高光谱分辨率的同时有效的提高了系统的信噪比。本发明专利技术基于迈克尔逊干涉仪结构，大大提高系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，涉及对地观测成像光谱仪领域，为解决现有成像光谱仪内部的干涉分光系统体积较大，不便于实现系统的轻量化，且内部含有与空间分辨率有关的狭缝，限制了进入系统的光通量的问题，栅格型分束器系统引入代替了系统中存在分束器和补偿板，具有体积小、重量轻的优点。在实现了系统轻量化的同时，为整体光学系统的设计带来了方便，本专利技术所述的系统不含有狭缝，与空间调制傅里叶变换成像光谱仪相比大大提高了系统的光通量，统去除了空间调制型傅里叶变换成像光谱仪中的狭缝，在实现高光谱分辨率的同时有效的提高了系统的信噪比。本专利技术基于迈克尔逊干涉仪结构，大大提高系统的可靠性。【专利说明】
本专利技术涉及对地观测成像光谱仪制作领域，涉及一种时空联合调制的成像光谱仪制作方法，具体涉及一种基于栅格型分束器的时空联合调制红外傅里叶变换成像光谱仪系统制作方法。
技术介绍
成像光谱仪是进行地面遥感探测的重要工具，它融合了多光谱成像仪和光谱仪的特点，真正实现了对物体进行“图谱合一”的探测。因此其广泛的应用在空间遥感，军事目标探测，地质资源勘探，环境监测，气象分析等领域。按照其工作原理的不同其主要分为色散型和傅里叶变换型两类。色散型成像光谱仪可以直接获得物体的光谱信息，它主要是以棱镜或光栅作为分光元件，在探测器上接受每个光谱元的辐射信息。其发展比较早，技术也比较成熟，在航空航天领域应用比较广泛，但是光谱分辨率受狭缝的控制，因此其在探测红外弱辐射方面比较困难。傅里叶变换成像光谱仪是先获得物体的干涉图然后对干涉图做傅里叶变换变换获得物体的光谱。按照对干涉图的调制方式的不同，傅里叶变换成像光谱仪可分为时间调制型、空间调制型和时空联合调制型。时间调制型傅里叶变换成像光谱仪是基于迈克尔逊干涉仪结构，其采用驱动一个动镜来产生光程差，因此需要一套精密的驱动装置。而且完成一幅干涉图的测量需要一个周期的时间，其实时性比较差，并且不能实现对迅变物体的测量。空间调制傅里叶变换成像光谱仪其内部不含可动部件，其利用空间位置的不同产生光程差可以实现对迅变物体的光谱测量，其实时性比较好。但是传统的空间调制型的傅里叶变换成像光谱仪存在着分束器件体积较大，不能实现成像光谱仪轻量化的要求。时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪是基于像面干涉成像原理，获得是经干涉图调制后的目标物体的全景图像，其不含有狭缝和可动部件，因此具有光通量大和结构稳定的优点。
技术实现思路
本专利技术为解决现有光谱仪器中存在分束器件体积较大，时实性差等问题，提供一种，基于轻型分束器的红外成像光谱仪，包括前置成像系统、干涉系统、后置成像缩束系统和红外CCD，所述干涉系统包括栅格型分束器、多级阶梯微反射镜和平面反射镜；目标光束经前置光学成像系统入射至栅格型分束器分成两束光，一束光经栅格型分束器反射至平面反射镜上成像为第一像点，另一束光经栅格型分束器透射至多级阶梯微反射镜某个阶梯面成像为第二像点；所述第一像点和第二像点发出的光分别经栅格型分束器透射和反射后入射至后置成像缩束系统成像，所述红外CCD接收成像信息；所述设定多级阶梯微反射镜的阶梯高度为d，在第η个阶梯反射面所对应的视场角范围内，目标物体在第η个阶梯微反射面所成的像与目标物体在第η个阶梯反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差为:S = 2nd ;设定多级阶梯微反射镜的反射面宽度为a，红外成像光谱仪的飞行高度为H，前置成像系统的焦距为f’，则相邻像点间的距离为a，获得相邻目标物体点间的距离为:Ah =Ha/f’ ；设定多级阶梯微反射镜的对角线长度为h，前置成像系统的视场角为:【权利要求】1.基于轻型分束器的红外成像光谱仪，包括前置成像系统(I)、干涉系统(2)、后置成像缩束系统(3)和红外CXD (4)，其特征是，所述干涉系统(2)包括栅格型分束器5、多级阶梯微反射镜(7)和平面反射镜6 ；目标光束经前置光学成像系统(I)入射至栅格型分束器(6)分成两束光，一束光经栅格型分束器5反射至平面反射镜6上成像为第一像点，另一束光经栅格型分束器5透射至多级阶梯微反射镜(7)某个阶梯面成像为第二像点； 所述第一像点和第二像点发出的光分别经栅格型分束器5透射和反射后入射至后置成像缩束系统(3)成像，所述红外CCD (4)接收成像信息； 所述设定多级阶梯微反射镜的阶梯高度为山在第η个阶梯反射面所对应的视场角范围内，目标物体在第η个阶梯微反射面所成的像与目标物体在第η个阶梯反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差为:S = 2nd； 设定多级阶梯微反射镜的反射面宽度为a，红外成像光谱仪的飞行高度为H，前置成像系统(I)的焦距为f’，则相邻像点间的距离为a，获得相邻目标物体点间的距离为:Ah =Ha/f’ ； 设定多级阶梯微反射镜(7)的对角线长度为h，前置成像系统(I)的视场角为: 2.根据权利要求1所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪，其特征在于，所述栅格型分束器(6)采用MOEMS技术，栅格分束器是将分光基膜(6-2)支撑在具有网格结构的栅格支撑体(6-3)上,然后将分光膜(6-1)镀在分光基膜(6-2)上；所述栅格型分束器(6)米用栅格结构对分光膜系进行支撑。3.根据权利要求1所述的所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪，其特征在于，所述多级阶梯微反射镜(7)采用在基底上进行多次光刻镀膜的方法制作，并且在所述多级阶梯微反射镜(7)的表面镀红外高反膜；所述多级阶梯微反射镜(7)的单个阶梯高度范围在lnm-50ym之间，所述多级阶梯微反射镜(7)的阶梯高度误差小于阶梯高度的5%。4.根据权利要求1所述的基于轻型分束器的红外成像光谱仪的制作方法，其特征是，该方法由以下步骤实现: 步骤一、制作成像光谱仪的基底，选取铝、铜、钛、不锈钢或硅作为基底材料，并对基底的表面进行抛光处理；抛光面粗糙度小于等于10微米，平面度小于等于50微米； 步骤二、在抛光后的基底上用精密机械加工方法或基于MOEMS技术的光刻与腐蚀方法制作相互垂直的参考线作为第一光轴和第二光轴参考基准线。根据分析计算，在基底上制作光学元件的微型调节机构； 具体过程为: 在基底上制作第一光轴参考基准线(12)和第二光轴参考基准线(13)，根据计算结果在第一光轴参考基准线(12)与第二光轴参考基准线(13)的垂直中心安装栅格型分束器的微型调节机构(15)，在第二光轴参考基准线(13)上且位于分束器的微型调节机构(15)左侧安装多级阶梯微反射镜的微型调节机构(16)，在第二光轴参考基准线(13)上且位于分束器的微型调节机构(15)右侧依次安装后置成像系统的微型调节机构(18)和红外CCD的微型调节机构(19)，在第一光轴参考基准线(12)上且位于分束器的微型调节机构(15)的上侧安装前置成像系统的微型调节机构(14)，在第一光轴参考基准线(12)上且位于分束器的微型调节机构(15)的下侧安装平面反射镜的微型调节机构(17)； 步骤三、在所述的第一光轴参考基准线(12)和第二光轴参考基准线(13)的两端分别安放四个激光器，调整第一激光器(8)和第二激光器(9)发出的光重合并位于第一光轴参考线(12)的正上方与第一光轴参考线(12)平行，调整第三激光器(8)和第四激光器(9)发出的光重合并位于第二光轴参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于轻型分束器的红外成像光谱仪，包括前置成像系统（1）、干涉系统（2）、后置成像缩束系统（3）和红外CCD（4），其特征是，所述干涉系统（2）包括栅格型分束器5、多级阶梯微反射镜（7）和平面反射镜6；目标光束经前置光学成像系统（1）入射至栅格型分束器（6）分成两束光，一束光经栅格型分束器5反射至平面反射镜6上成像为第一像点，另一束光经栅格型分束器5透射至多级阶梯微反射镜（7）某个阶梯面成像为第二像点；所述第一像点和第二像点发出的光分别经栅格型分束器5透射和反射后入射至后置成像缩束系统（3）成像，所述红外CCD（4）接收成像信息；所述设定多级阶梯微反射镜的阶梯高度为d，在第n个阶梯反射面所对应的视场角范围内，目标物体在第n个阶梯微反射面所成的像与目标物体在第n个阶梯反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差为：δ＝2nd；设定多级阶梯微反射镜的反射面宽度为a，红外成像光谱仪的飞行高度为H，前置成像系统（1）的焦距为f'，则相邻像点间的距离为a，获得相邻目标物体点间的距离为：Δh＝Ha/f'；设定多级阶梯微反射镜（7）的对角线长度为h，前置成像系统（1）的视场角为：2w=2arctan(h2f′).]]>...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁中翥，王维彪，梁静秋，吕金光，秦余欣，田超，王文丛，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22