本实用新型专利技术公开了一种新型的成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，由一个分束器、一个动臂和一个静臂组成；其特征在于所述动臂和静臂为光路折叠结构，且共享同一个固定的双面平面反射镜，此平面反射镜的两个反射面分别垂直反射动臂和静臂的入射光束返回至分束器；所述静臂光路插有补偿板，以补偿两臂之间光程差。动臂光路的折叠结构能够很好地克服迈克尔逊干涉仪动镜扫描中的光束倾斜和横移问题，静臂光路中插入补偿板可以降低成像傅里叶变换光谱测量对面阵探测器动态范围的高要求，两臂光路的折叠和共用同一双面平面反射镜可以减小扫描干涉仪的体积。据其构建的成像傅里叶变换光谱仪更为小型紧凑，可在物理、生物、化学、医学、药学、食品、环保、遥感、航天等多领域产生良好的应用效益。
【技术实现步骤摘要】
一种成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置
本申请涉及一种成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置。
技术介绍
成像傅里叶变换光谱仪采用面阵探测器代替单点探测器，拓展了普通傅里叶变换 光谱仪的空间分辨能力，能够对待测目标的二维空间图像信息和一维光谱信息同时获取， 实现成像光谱（或称光谱成像）测量。在恰当的设计下，成像傅里叶变换光谱仪能够很好的 继承一般傅里叶变换光谱仪的若干光谱测量优点，如：1多通道、2高光通量、3高光谱测量 精度、4宽测量波段、5高/可调谐光谱分辨率、6全波段分辨率一致。丰富的空间和光谱信 息获取能力使得成像傅里叶变换光谱仪在物理、生物、化学、医学、药学、食品、环保、遥感、 航天等多个领域具有重要的应用价值。 典型成像傅里叶变换光谱仪的核心是迈克尔逊干涉仪，其基本结构及工作原理如 图1所示。成像傅里叶变换光谱仪系统还包括光源、光收集系统、面阵探测器和主控计算机 等部分。待测目标发出的光经光谱仪前端的光收集系统收集准直后进入迈克尔逊干涉仪， 干涉仪的分束器（半透半反镜）将其平分为透射和反射两个光束，一束射向动镜，另一束射 向定镜；两束光分别被定镜和动镜反射后回到分束器重新相遇，经分束器再次分束；在干 涉仪出射的两路重合光束光程差小于光源相干长度条件下，二者产生干涉；出射干涉光束 经筒镜聚焦成像至面阵探测器；当动镜在干涉仪两臂零光程差附近作直线往复扫描时，计 算机控制探测器记录一系列干涉图像，该系列数字图像相同像素位置处的数值构成该处光 信号的离散干涉图样；根据傅里叶变换光谱技术原理，计算机对目标图像所有像素位置的 干涉图样进行快速离散傅里叶变换处理，即可得到待测目标的数字图像和像上所有像素处 的光谱，实现成像光谱测量。 典型的迈克尔逊干涉仪是一种扫描干涉仪，其动镜为平面反射镜，在工作时由机 械致动器驱动做平行于光轴的直线往复扫描运动。但是任何机械驱动机制均无法保证动镜 的绝对直线扫描，因此平面镜在扫面过程中会产生倾斜，这将使平面镜反射回的光束产生 更大的倾斜，以至无法与另一路参考光束保持光学平行，也即无法与其在分束器重新会和 时重合。由于傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率与动镜扫描光程成正比（扫描距离越长光 谱分辨率越高），因此当需要实现高光谱分辨率时，扫描距离的加长会导致这一倾斜更加严 重。动镜倾斜不仅影响两路光束在探测器上所成图像的重合，导致像质下降，而且会降低每 个像素处的干涉衬比度，甚至无法形成干涉，从而无法实现光谱测量。 空心角锥回射器由三个相互垂直的反射面组成，其特点是入射光束在其内部经三 次反射后产生回射，回射光束与入射光束保持高度平行，因此具有出入射光束平行自补偿 机制。利用空心角锥回射器作为迈克尔逊干涉仪动镜，即使在扫描过程中产生微小的倾斜， 由于其自补偿机制，可以有效地克服动镜反射光束倾斜。但是，虽然空心角锥回射器可以保 证入射反射光束平行，却会引入反射光束相对入射光束的横移。由于筒镜的不完美，这种横 移会导致两束光束经其聚焦后的成像质量下降甚至干涉消失，影响成像光谱测量。而且，由 于光束在角锥回射器内部的三次反射，使得干涉仪动臂光程大大加长；根据傅里叶变换光 谱技术原理，为保证动镜扫描范围可以覆盖干涉仪零光程差位置，参考臂光程也不得不相 应延长。这样大大增加了以其为动镜的扫描干涉仪所占用的空间，不利于据此构建的成像 傅里叶变换光谱仪的小型化和紧凑化。 另外，传统的成像傅里叶变换光谱仪在测量中目标图像的最亮像素和最暗像素处 所形成的干涉峰光强可能会跨越极大的范围，这对面阵探测器的动态范围提出了极为苛刻 的要求。若面阵探测器的像素动态范围不够大，则极易导致亮像素处干涉信号测量的饱和 或暗像素处干涉过于微弱而无法探测的后果。从而劣化光谱仪的光谱测量。 鉴于上述问题，本专利技术中叙述的成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置采用 一种光路折叠的干涉仪动、静臂结构，能够有效地克服迈克尔逊干涉仪动镜扫描中的光束 倾斜和横移问题，减小成像傅里叶变换光谱仪的整体体积使其更为小型紧凑，还可以降低 成像傅里叶变换光谱测量对面阵探测器动态范围的高要求。 本专利技术提出一种新型的成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，包括一个分 束器，一个动臂和一个静臂（参考臂），其特征在于所述动臂和静臂共享同一个固定的双面 平面反射镜，此平面反射镜的两个反射面分别垂直反射动臂和静臂的入射光束返回至分束 器；所述静臂光路插有补偿板，以补偿两臂之间光程差。其动臂由一个空心角锥回射器和一 个固定的双面平面反射镜组成光路折叠结构，其中的空心角锥回射器由一个直线平移台驱 动实现直线往复光程扫描，其静臂由同一双面平面反射镜、一块光程补偿板和一个45°反 射镜组成光路折叠结构。动臂光路的折叠结构能够很好地克服迈克尔逊干涉仪动镜扫描中 的光束倾斜和横移问题，静臂光路中插入补偿板可以降低成像傅里叶变换光谱测量对面阵 探测器动态范围的高要求，两臂光路的折叠和共用同一双面平面反射镜可以减小扫描干涉 仪的体积，使据其构建的成像傅里叶变换光谱仪更为小型紧凑。
技术实现思路
-种成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，由一个分束器，一个动臂和一 个静臂组成，静臂也称参考臂，其特征在于所述动臂和静臂共享同一个固定的双面平面反 射镜，此平面反射镜的两个反射面分别垂直反射动臂和静臂的入射光束返回至分束器；所 述静臂光路插有补偿板，以补偿两臂之间光程差。 一种成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，其特征在于所述分束器是非偏 振50 :50分光比型分束器，所述分束器位于成像傅里叶变换光谱仪光收集系统产生的准直 光路上，经分束器分束的透射和反射光束互相垂直，干涉仪的入射光束与出射光束互相垂 直；所述分束器是常规的立方体分束器，或是一种45°平行四边体分束器。 一种成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，其特征在于所述动臂由一个空 心角锥回射器、一个直线平移台和一个固定的双面平面反射镜组成，所述空心角锥回射器 位于所述分束器的透射光路上，且锥角背向所述立体分束器，所述空心角锥回射器的直线 往复扫描运动由其所处的直线平移台驱动，所述固定的双面平面反射镜的反射面垂直于所 述角锥回射器的回射光路。 一种成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，其特征在于所述静臂由同一个 双面平面反射镜、一块光程差补偿板和一个45°反射镜组成；所述45°反射镜位于静臂光 路上，其反射面与其入射光路成45°角；所述补偿板的入射和出射面垂直于所述45°反射 镜的反射光路，所述固定的双面平面反射镜反射面垂直于所述45°反射镜的反射光路。 一种45°平行四边体分束器，其特征在于所述平行四边体分束器为实心玻璃，两 相邻工作面所夹锐角为45°，一对相对的平行的工作面为分光面和反光面，另一对相对的 平行的工作面为光束出入射面；分光工作面加镀多层介质膜，反光工作面加镀金属膜，两个 直边出入射工作面加镀增透膜。 一种成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，其特征在于所述45°反射镜是 平面反射镜，或是斜面镀金属膜的45°玻璃直角棱镜；采用玻璃直角棱镜作为45°反射镜 可以起到补偿板增加光程的作用，其出入射工本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，由一个分束器，一个动臂和一个静臂组成，静臂也称为参考臂；其特征在于所述动臂和静臂共享同一个固定的双面平面反射镜，此双面平面反射镜的两个反射面分别垂直反射动臂和静臂的入射光束返回至分束器；所述静臂光路插有补偿板，以补偿两臂之间光程差。
【技术特征摘要】
1. 一种成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，由一个分束器，一个动臂和一个 静臂组成，静臂也称为参考臂；其特征在于所述动臂和静臂共享同一个固定的双面平面反 射镜，此双面平面反射镜的两个反射面分别垂直反射动臂和静臂的入射光束返回至分束 器；所述静臂光路插有补偿板，以补偿两臂之间光程差。2. 根据权利要求1所述的成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，其特征在于所 述分束器是非偏振50 : 50分光比型分束器，所述分束器位于成像傅里叶变换光谱仪光收 集系统产生的准直光路上，经分束器分束的透射和反射光束互相垂直，干涉仪的入射光束 与出射光束互相垂直；分束器是常规的立方体分束器，或是一种平行四边体分束器。3. 根据权利要求1所述的成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，其特征在于所 述动臂由一个空心角锥回射器、一个直线平移台和一个固定的双面平面反射镜组成；所述 空心角锥回射器位于所述分束器的反射或透射光路上，且锥角背向所述分束器，所述空心 角锥回射器的直线往复扫描运动由其所处的直线平移台驱动，所述固定的双面平面反射镜 反射面垂直于所述角锥回射器的回射光路。4. 根据权利要求1所述的成像傅里叶变换光谱测量用扫描干涉仪装置，其特征在于所 述静臂由同一个双面平面反射镜、一块光程差补偿板...
【专利技术属性】
技术研发人员：李剑平，
申请(专利权)人：李剑平，
类型：新型
国别省市：广东;44
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