本发明专利技术提供了一种双滤波横向剪切干涉仪及基于其的光谱成像方法,解决现有干涉仪由于机械移动部件移动引入的线性误差问题,干涉仪包括沿光路依次设置的前置光学准直系统、第一偏振器、第一声光可调谐滤波器、第二声光可调谐滤波器、第二偏振器、傅里叶变换成像物镜、光电探测器;前置光学准直系统置于光路最前端,光电探测器位于傅里叶变换成像物镜的像面上;被测远场目标的反射、辐射或者透射光经前置光学准直系统后被第一偏振器起偏形成线偏振光,然后依次在第一声光可调谐滤波器、第二声光可调谐滤波器内发生声光互作用,输出光经过第二偏振器后被傅里叶变换成像物镜聚焦于光电探测器的靶面上形成干涉条纹。测器的靶面上形成干涉条纹。测器的靶面上形成干涉条纹。
【技术实现步骤摘要】
一种双滤波横向剪切干涉仪及基于其的光谱成像方法
[0001]本专利技术涉及一种干涉仪,具体涉及一种声光调制的双滤波横向剪切干涉仪。
技术介绍
[0002]当声波以一定的速度在声光介质中传输时,由于声波扰动产生一个应变力,这个应变力会使介质内的分子在一定程度上受到挤压,进而使分子的固有位置发生改变,所以声光介质的折射率发生了相应的变化,也就是说,这个过程相当于声波可以使声光介质的折射率发生改变,进而导致光的某些性质发生相应的变化。入射光在晶体内被超声波衍射,可以看作是入射光在晶体中被许多平行原子面反射形成了衍射现象。声光可调谐滤波器是超声波与光波可以在各向异性介质中发生声光作用的一种新型的分光元件。如图2所示,声光可调谐滤波器主要是由声光介质01、压电换能器02、吸收体03以及超声波驱动器04组成。计算机控制超声波驱动器04发射出带有一定频率的超声波信号,经过压电换能器02将其输入声光介质中,沿着超声波矢方向在声光介质内传输,进而在声光介质中形成一个“超声波光栅”,剩余的超声波能量被吸收体03吸收。入射光波与超声波满足动量匹配条件时,在介质内发生非线性效应,产生衍射光波。这一个过程相当于入射光波经过这个“超声波光栅”后,被衍射成窄带衍射光的过程。也可以解释为,宽带光源经过声光可调谐滤波器这个分光色散元件后被选择出单一波长的光的过程。
[0003]光是矢量波,假设光波的电矢量E1、E2相互垂直,利用矢量叠加方法,那么其合振动矢量可以表示为:E=E1+E2。当两列波的传播方向平行,即k1//k2,由于光波是横波,则两列光波的磁场方向相互垂直。两列波的电场强度和磁场强度分别表示E
1x
、H
1y
、E
2y
、E
2x
,第一列光波的强度为I1=<|S1|>=<|E
1x
×
H
1y
|>,第二列光波的强度可以表示为I2=<|S2|>=<|E
2x
×
H
2y
|>,叠加后,总的电场强度可以表示为E=E
1x
+E
2y
,总的磁场强度可以表示为H=H
1y
+H
2x
,合振动的能流密度表示为:
[0004]S=E
×
H=(E
1x
+E
2y
)
×
(H
1y
+H
2x
)
[0005]=E
1x
×
H
1y
+E
1x
×
H
2x
+E
2y
×
H
1y
+E
2y
×
H
2x
[0006]=E
1x
×
H
1y
+E
2y
×
H
2x
[0007]=S1+S2[0008]合振动光强表示为:
[0009]I=<|S|>=<|S1+S2|>=<|S1|>+<|S2|>=I1+I2[0010]也就是说,这种情况下两列波叠加后的光强就是它们各自光强的简单叠加,因而不会产生干涉现象。当两列波的传播方向相互垂直,即k1⊥
k2,叠加效果与第一种结果类似。然而,一般情况是两列波既不平行也不相互垂直,将其中一列波的电矢量正交分解,光强为:
[0011][0012]式中a为两列波的振动方向夹角;两列波的相位差为由于干涉项2A1A2cosacosΔφ的存在,这两列光波可以产生干涉。不同频率的两列波叠加,光强可以表示为:
[0013][0014]可以看出来,两列光波叠加之后,每一点的光强都会随着时间发生变化,并不是一个稳定的干涉场,会产生光学拍。实际上,只要两列光波的波长不相等,叠加之后就一定形成光学拍。综上,可以知道,两列或者多列光波产生干涉,必须满足:
[0015](1)光波频率相同;
[0016](2)相位差确定的简谐波;
[0017](3)光矢量有相互平行的分量。
[0018]但是现有干涉仪由于机械移动部件的移动,使得产生干涉的两列或者多列光波的光波频率存在差异、波长调谐不稳定以及光矢量分量的平行度差异等,从而引入的线性误差问题。
技术实现思路
[0019]本专利技术的目的是提供一种双滤波横向剪切干涉仪及采用其对目标光束进行光谱成像的方法,该双滤波横向剪切干涉仪为电子调谐、全固态、无机械移动部件,从根本上解决现有干涉仪由于机械移动部件移动引入的线性误差问题。
[0020]本专利技术结合声光可调谐滤波器的强大优势,在满足以上两列或者多列光波产生干涉三个条件的情况下产生横向剪切干涉。该剪切干涉仪波长调谐稳定、可靠而且范围宽、单波长输出切换速度快、工作方式灵活多样、可以利用计算机控制电信号选择衍波长或强度输出、整体质量轻,体积小、所有元件都为固体结构,没有移动部件,抗干扰能力强,适合应用于机载、星载等多光谱成像、高光谱成像领域。
[0021]本专利技术的技术方案是提供一种双滤波横向剪切干涉仪,其特征在于:包括沿光路依次设置的前置光学准直系统、第一偏振器、第一声光可调谐滤波器、第二声光可调谐滤波器、第二偏振器、傅里叶变换成像物镜及光电探测器;
[0022]前置光学准直系统置于光路最前端,光电探测器位于傅里叶变换成像物镜的像面上;
[0023]远场目标光经前置光学准直系统后被第一偏振器起偏后形成线偏振光,然后依次在第一声光可调谐滤波器、第二声光可调谐滤波器内发生声光互作用,输出光经过第二偏振器后被傅里叶变换成像物镜聚焦于光电探测器的靶面上形成干涉条纹。
[0024]进一步地,所述第一声光可调谐滤波器和第二声光可调谐滤波器的各项性能参数均相同,通过计算机控制超声波驱动器,发出频率相同的超声波分别作用于两个声光可调谐滤波器。
[0025]进一步地,所述第一偏振器与第二偏振器为线偏振片,格兰
‑
泰勒偏振棱镜或布儒斯特棱镜等可以产生偏振光的光学器件。
[0026]进一步地,所述第一偏振器与第二偏振器的偏振方向相互垂直。
[0027]本专利技术还提供一种基于上述双滤波横向剪切干涉仪的光谱成像方法,其特殊之处
在于,包括以下步骤:
[0028]步骤1、前置光学准直系统对远场目标光进行收集、准直;
[0029]步骤2、准直光经过第一偏振器后形成线偏振光;
[0030]步骤3、线偏振光垂直入射到第一声光可调谐滤波器的声光介质上;
[0031]步骤4、通过计算机控制超声波驱动器,发出超声波作用于第一声光可调谐滤波器,线偏振光与超声波驱动器本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双滤波横向剪切干涉仪,其特征在于:包括沿光路依次设置的前置光学准直系统(1)、第一偏振器(2)、第一声光可调谐滤波器(3)、第二声光可调谐滤波器(4)、第二偏振器(5)、傅里叶变换成像物镜(6)及光电探测器(7);前置光学准直系统(1)置于光路最前端,光电探测器(7)位于傅里叶变换成像物镜(6)的像面上;远场目标光经前置光学准直系统(1)后被第一偏振器(2)起偏后形成的线偏振光,然后依次在第一声光可调谐滤波器(3)、第二声光可调谐滤波器(4)内发生声光互作用,输出光经过第二偏振器(5)后被傅里叶变换成像物镜(6)聚焦于光电探测器(7)的靶面上形成干涉条纹。2.根据权利要求1所述的双滤波横向剪切干涉仪,其特征在于:所述第一声光可调谐滤波器(3)和第二声光可调谐滤波器(4)的各项性能参数均相同;分别接收超声波驱动器发出频率相同的超声波。3.根据权利要求2所述的双滤波横向剪切干涉仪,其特征在于:所述第一偏振器(2)与第二偏振器(5)为线偏振片,格兰
‑
泰勒偏振棱镜或布儒斯特棱镜。4.根据权利要求3所述的双滤波横向剪切干涉仪,其特征在于:所述第一偏振器(2)与第二偏振器(5)的偏振方向相互垂直。5.一种基于权利要求1至4任一所述双滤波横向剪切干涉仪的光谱成像方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、前置光学准直系统对远场目标光进行收集、准直;步骤2、准直光经过第一偏振器后形成线偏振光;步骤3、线偏振光垂直入射到第一声光可调谐滤波器的声光介质上;步骤4、通过计算机控制超声波驱动器,...
【专利技术属性】
技术研发人员:王鹏冲,李思远,冯玉涛,张朋昌,陈莎莎,刘宏,杨莹,胡炳樑,卫翠玉,
申请(专利权)人:中国科学院西安光学精密机械研究所,
类型:发明
国别省市:
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