一种紧凑型差分干涉成像光谱仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种紧凑型差分干涉成像光谱仪，包括沿光路依次设置的望远系统、滤波片、低色散模块、高色散模块、检偏器及探测器；低色散模块与高色散模块均包括偏振分束棱镜、依次设置在偏振分束棱镜透射光路中的四分之一波片、扩视场棱镜与闪耀光栅及设置在偏振分束棱镜反射光路中的四分之一波片、扩视场棱镜与闪耀光栅；望远系统用于收集观测目标的光谱辐射；滤波片用于将收集观测目标的光谱辐射滤波；低色散模块用于将滤波后的光线分光，高色散模块用于光线聚集并射出；检偏器用于将出射光合束，探测器用于接收检偏器出射的干涉图像并将望远系统收集的光谱辐射成像。将本实用新型专利技术应用在大气成分探测中，可以通过获得的光谱信息获得大气成分。

A compact differential interference imaging spectrometer

The utility model relates to a compact differential interferometric imaging spectrometer, including setting in turn along the optical telescope system, filter, low dispersion module, high dispersion module, analyzer and detector module; low dispersion and high dispersion module includes a polarization beam splitter, which is arranged on the polarization beam splitter transmission the optical path of four wave plate, expanding field and blazed grating and prism arranged on the polarization beam splitter reflective light path in four wave plate, wide field prism and blazed grating; telescope system for spectral radiation collection target; filter for filtering the collected spectral radiation of target low; the dispersion module is used to filter the light light, light and high dispersion module for injection; polarizer for emitting light beam, detector for receiving the polarizer interference image shot The spectral radiography of the telescopic system is also collected. In the application of the utility model to atmospheric composition detection, the atmospheric composition can be obtained through the obtained spectral information.

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型差分干涉成像光谱仪
本技术涉及一种紧凑型差分干涉成像光谱仪。
技术介绍
2013年，JohnM.Harlander提出实条纹多普勒非对称空间外差干涉仪的概念(HARLANDERJM,ENGLERTCR.Designofareal-fringeDASHinterferometerforobservationsofthermosphericwindsfromasmallsatellite[C].FourierTransformSpectroscopy.OpticalSocietyofAmerica,2013:FW1D.2.)，并基于氧原子红线(O[1D]630nm)进行星载高层大气风场探测，给出设计系统的参数和具体模拟模型。2015年，中国科学院西安光学精密机械研究所对实条纹多普勒非对称空间外差干涉仪的概念和基本原理作出详细解释，(FEIXiao-yun,FENGYu-tao,BAIQing-lan,etal..Real-fringeDASHinterferometerforupperatmosphericwindandtemperatureobservation:conceptandsimulation[C].TheinternationalConferenceonPhotonicsandOpticalEngineeringandtheAnnualWestChinaPhotonicsConference(icPOE2014).TheinternationalsocietyforOpticsandPhotonics,2015:94492S-94492S-7.)并给出了系统中基本光学元件的参数，如闪耀光栅刻线密度等，并进行模拟和仿真，具体给出了针对氧原子红线(O[1D]630nm)的干涉图像和不同初始相位下光程补偿Δd的系数变化对于干涉条纹频率的影响。上述都是利用实条纹多普勒非对称空间外差干涉仪进行星载高层大气风场探测，只能实现大气风速的探测，在特定情况下，需要获得更多的大气风场信息，如大气成分信息，但上述的论文中都未明确提出实条纹多普勒非对称空间外差干涉仪具有除探测大气风速外的其他功能。
技术实现思路
为了获得大气成分信息，本技术提出一种紧凑型差分干涉成像光谱仪及其成像方法，该干涉成像光谱仪不仅能够成像而且可以获得目标的光谱信息。本技术的技术解决方案是提供一种紧凑型差分干涉成像光谱仪，其特殊之处在于：包括沿光路依次设置的望远系统、滤波片、低色散模块、高色散模块、检偏器及探测器；所述望远系统包括望远物镜及设置在望远物镜前焦面上的干涉仪入瞳；所述探测器位于望远物镜的像面上；上述低色散模块与高色散模块均包括偏振分束棱镜、依次设置在偏振分束棱镜透射光路中的四分之一波片、扩视场棱镜与闪耀光栅及设置在偏振分束棱镜反射光路中的四分之一波片、扩视场棱镜与闪耀光栅；上述望远物镜用于收集观测目标的光谱辐射；上述滤波片用于将收集观测目标的光谱辐射滤波；上述低色散模块用于将滤波后的光线分光，上述高色散模块用于将经低色散模块分光的光线聚集并射出；上述检偏器用于将出射光合束，上述探测器用于接收检偏器出射的干涉图像并将望远系统收集的光谱辐射成像。本技术系统主要由一个低色散模块和一个高色散模块组成，即两套干涉结构，每个色散模块均包含闪耀光栅，偏振分束棱镜和四分之一波片，由于两个色散模块的色散方向是相反的即：低色散模块用于分光，高色散模块将光线聚集并出射。因此光线穿过检偏器后，将条纹定域在探测器上。优选地，上述偏振分束棱镜上镀有偏振分束膜。优选地，为了使分束器出射的两束光以littrow角入射至闪耀光栅，上述闪耀光栅与偏振分束棱镜的出射面具有夹角。优选地，设置在低色散模块中的闪耀光栅的刻线密度小于设置在高色散模块中的闪耀光栅的刻线密度。优选地，为了有效的利用光能，并且有效抑制杂散光，上述四分之一波片的透光轴和X方向成45°，定义低色散模块的入射光方向为Z方向，低色散模块的出射光方向为X方向。优选地，为了提供能量利用率，上述检偏器的透光轴与X方向成45°角。本技术还提供一种基于上述的紧凑型差分干涉成像光谱仪的成像方法，包括以下步骤：步骤一：望远系统收集观测目标的光谱辐射，经滤波片后入射至低色散模块；步骤二：入射光线经过低色散模块中的偏振分束棱镜分束，形成透射P偏振光及反射S偏振光；透射P偏振光经过四分之一波片转化为圆偏振光，圆偏振光透过扩视场棱镜后入射至闪耀光栅，经闪耀光栅反射后经过扩视场棱镜，再次进入四分之一波片后转化为S偏振光射出；反射S偏振光经过四分之一波片转化为圆偏振光，圆偏振光透过扩视场棱镜，然后入射至闪耀光栅，经闪耀光栅反射后经过扩视场棱镜，再次进入四分之一波片转换为P偏振光射出；步骤三：从低色散模块出射的P偏振光入射至高色散模块，透过偏振分束棱镜经四分之一波片转换为圆偏振光，然后透过扩视场棱镜，经闪耀光栅反射，再次透过扩视场棱镜，经过四分之一波片转化为S偏振光，经偏振分束棱镜反射后出射；从低色散模块出射的S偏振光入射至高色散模块，经过偏振分束棱镜反射再经过四分之一波片后，转化为圆偏振光，然后透过扩视场棱镜，经闪耀光栅反射，再次透过扩视场棱镜，经过四分之一波片后变成P偏振光，透过偏振分束棱镜后出射；步骤四：出射的P偏振光和S偏振光经检偏器后，在探测器上形成干涉条纹得到只含单一方向光程差的干涉图；并且望远系统将收集到的光谱辐射成像在探测器上得到图像信息；步骤五：推扫，得到含有整个光程差信息的干涉图(干涉数据立方体)；对收集到的干涉数据立方体进行逆傅里叶变换，得到目标完整的光谱数据立方体。因此该系统不仅可以得到光谱信息，而且还能获取图像信息，通过推扫可以获得完整的光谱数据立方体。根据光栅方程：σ(sinθL1+sin(θL1-γ))＝mD1，σ(sin(θL2-γ)+sin(θL2-δ))＝mD2，σ为入射光的波数，θL1和θL2分别为光束在低色散模块和高色散模块的Littrow(李特罗)入射角，m为衍射级次，D1为低色散模块的闪耀光栅的刻线密度，D2为高色散模块的闪耀光栅的刻线密度。不同波数的光以不同衍射角从闪耀光栅上出射，则一定存在某一波数的光会按照原来的光路返回，即γ＝0，此波数称为李特罗波数σ0。因此，γ为任意波数σ与李特罗波数σ0在低色散模块出射面上光束所成的夹角，两闪耀光栅出射波面相差2γ。δ为任意波数σ与李特罗波数σ0在高色散模块出射面上光束所成的夹角，两闪耀光栅出射波面相差2δ。则任意波数σ在出射波面会发生干涉，满足公式：I(x)＝∫B(σ)(1+cos(2π(4(σ-σ0)(tanθL2-tanθL1)x)))dσ，在探测器上得到沿X方向的光强度信息，然后将I(x)进行傅里叶逆变换得到入射光谱信息B(σ)。上式中的I(x)的变化量主要有两个：σ和x。在σ不变的情况下，探测器每次拍摄获取的图像为只含x变化的干涉图，因此需要通过推扫来获得含有整个光程差信息的干涉数据立方体。如图3所示，推扫过程中，获取完整的光程差所需的采样数为N，每一行像元获得完整的干涉信息需要拍摄N帧图像，获得全部像元的完整干涉信息则需要推扫拍摄2N-1帧图像，最后将推扫获得的干涉图像裁剪、拼接、重构，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑型差分干涉成像光谱仪，其特征在于：包括沿光路依次设置的望远系统、滤波片、低色散模块、高色散模块、检偏器及探测器；所述望远系统包括望远物镜及设置在望远物镜前焦面上的干涉仪入瞳；所述探测器位于望远物镜的像面上；所述低色散模块与高色散模块均包括偏振分束棱镜、依次设置在偏振分束棱镜透射光路中的四分之一波片、扩视场棱镜与闪耀光栅及设置在偏振分束棱镜反射光路中的四分之一波片、扩视场棱镜与闪耀光栅；所述望远系统用于收集观测目标的光谱辐射；所述滤波片用于将收集观测目标的光谱辐射滤波；所述低色散模块用于将滤波后的光线分光，所述高色散模块用于将经低色散模块分光的光线聚集并射出；所述检偏器用于将出射光合束，所述探测器用于接收检偏器出射的干涉图像并将望远系统收集的光谱辐射成像。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型差分干涉成像光谱仪，其特征在于：包括沿光路依次设置的望远系统、滤波片、低色散模块、高色散模块、检偏器及探测器；所述望远系统包括望远物镜及设置在望远物镜前焦面上的干涉仪入瞳；所述探测器位于望远物镜的像面上；所述低色散模块与高色散模块均包括偏振分束棱镜、依次设置在偏振分束棱镜透射光路中的四分之一波片、扩视场棱镜与闪耀光栅及设置在偏振分束棱镜反射光路中的四分之一波片、扩视场棱镜与闪耀光栅；所述望远系统用于收集观测目标的光谱辐射；所述滤波片用于将收集观测目标的光谱辐射滤波；所述低色散模块用于将滤波后的光线分光，所述高色散模块用于将经低色散模块分光的光线聚集并射出；所述检偏器用于将出射光合束，所述探测器用于接收检偏器出射的干涉图像并将望...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯玉涛，尹诗，郝雄波，李娟，傅頔，白清兰，孙剑，胡炳樑，刘学斌，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西,61