一种共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光学技术领域，公开了一种共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置及方法。本装置包括三角形共光路干涉仪，三角形共光路干涉仪为非对称结构且设置有用于产生随时间变化的光程差的动镜扫描机构，本装置工作于凝视观测模式。本发明专利技术既能保留传统时空联合调制干涉光谱成像技术在共光路和大孔径方面的优势，又能获取高光谱分辨率，本发明专利技术具有高稳定、高通量、高信噪比等优点。高信噪比等优点。高信噪比等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置及方法


[0001]本专利技术属于光学
，更具体地，涉及一种共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置及方法。

技术介绍

[0002]干涉光谱(成像)技术基于干涉型分光技术原理，是光学检测技术与光谱(成像)技术中的一种重要的技术类型。已出现的干涉光谱(成像)技术主要有三种：基于迈克尔逊干涉仪的时间调制型(动态)、基于横向剪切干涉仪的空间调制型(静态)、基于横向剪切干涉仪的时空联合调制型(静态)。以这些技术为基础相继出现了多种干涉光谱(成像)仪，但是他们往往又各自存在缺陷。时间调制型干涉光谱(成像)仪通过迈克尔逊干涉仪中动镜的运动产生变化的光程差，对获取的不同光程差处的干涉条纹进行傅里叶变换得到光谱信息。这种技术光通量高、信噪比高，特别是光谱分辨率可以依靠动镜的直线运动产生很大的光程差而做到很高，可远远超过目前任何其他种光谱探测技术，但是因为动镜运动中的速度和姿态控制对干涉仪的校准精度要求很高，因而光机稳定度较差，难以应用于运动平台如车载、机载、船载、移动机器人、星载等模式。时间调制型干涉光谱(成像)仪皆工作于凝视观测模式，即需要仪器内部动镜的扫描积分获取不同时刻下的干涉图。空间调制型依赖于共光路的横向剪切干涉仪，稳定性高、实时性好、结构简单，但是光谱分辨率受探测器单元数和尺寸的限制而分辨率较低。时空联合调制型结构与空间调制型类似，稳定性高，探测灵敏度可高于空间调制干涉光谱仪和色散型光谱仪，但对平台的稳定性要求很高，而且光谱分辨率同空间调制式相似而较低。空间调制和时空联合调制型工作于线扫描或者窗扫描模式。
[0003]大孔径静态干涉光谱(成像)仪是时空联合调制干涉光谱(成像)仪的主要形式，采用了基于Sagnac三角横向剪切干涉仪的共光路分光技术，由于无狭缝而孔径大，同时由于干涉仪内无动镜而为“静态”；它依赖平台的扫描视场运动而获得同一目标在不同视场对应下的不同光程差。然而，光谱分辨率较低限制了这种光谱仪的应用。如何实现既保留传统时空联合调制干涉光谱(成像)技术在共光路和大孔径方面的优势，又获取高光谱分辨率是本领域需要解决的一个问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术通过提供一种共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置及方法，解决现有技术中大孔径干涉光谱成像装置及方法无法既保留时空联合调制干涉光谱(成像)技术的优势，又获取高光谱分辨率的问题。
[0005]本专利技术提供一种共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置，包括：三角形共光路干涉仪，所述三角形共光路干涉仪为非对称结构，所述三角形共光路干涉仪中设置有用于产生随时间变化的光程差的动镜扫描机构，所述共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置工作于凝视观测模式。
[0006]优选的，所述三角形共光路干涉仪包括分束器、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一光程调节组件和第二光程调节组件；所述第一光程调节组件和所述第二光程调节组件组合构成所述动镜扫描机构，所述第一光程调节组件和所述第二光程调节组件分别置于干涉仪的两臂中，两臂分别产生第一光程和第二光程，所述第一光程和所述第二光程组合形成零光程差附近周期变化的光程差；目标光以平行光进入所述三角形共光路干涉仪，所述分束器将所述平行光分成第一透射光束和第一反射光束；所述第一反射光束依次通过所述第一平面反射镜、所述第一光程调节组件、所述第二平面反射镜后再次返回至所述分束器，并经所述分束器分成第二透射光束和第二反射光束；所述第一透射光束依次通过所述第二平面反射镜、所述第二光程调节组件、所述第一平面反射镜后再次返回至所述分束器，并经所述分束器分成第三透射光束和第三反射光束；所述第二反射光束和所述第三透射光束沿第一方向出射，所述第二透射光束和所述第三反射光束沿第二方向出射。
[0007]优选的，所述第一光程调节组件、所述第二光程调节组件中的一个光程调节组件为动镜，另一个光程调节组件为定镜；作为动镜的光程调节组件包括光程调节器件和电机，该光程调节器件在所述电机的驱动下运动；作为定镜的光程调节组件仅包括光程调节器件。
[0008]优选的，作为动镜的光程调节组件中的光程调节器件采用第一棱镜，作为定镜的光程调节组件中的光程调节器件采用第二棱镜，光束通过所述第一棱镜或所述第二棱镜的后的出射面均与入射面平行；所述第一棱镜在所述电机的驱动下旋转，所述电机的转动轴垂直于光束的传播方向；所述第二棱镜的姿态相对于光束垂直入射面具有一定角度的倾斜，用于补偿零位色散效应且增加过零光程差位置。
[0009]优选的，所述第一棱镜由棱镜对组成，所述棱镜对中的两个棱镜旋转方向相反。
[0010]优选的，所述第一光程调节组件和所述第二光程调节组件均为动镜；所述第一光程调节组件包括第一光程调节器件和第一电机，所述第二光程调节组件包括第二光程调节器件和第二电机；所述第一光程调节器件在所述第一电机的驱动下运动，所述第二光程调节器件在所述第二电机的驱动下运动。
[0011]优选的，所述共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置还包括：会聚组件、探测采集模块和信号处理模块；所述探测采集模块的靶面位于所述会聚组件的后焦面上，所述信号处理模块与所述探测采集模块连接；所述会聚组件用于将所述三角形共光路干涉仪出射的光束形成干涉并成像至所述探测采集模块上；所述探测采集模块用于将不同时刻的干涉条纹信号进行采样收集，并转换为电信号，得到探测信息；所述信号处理模块用于根据所述探测信息进行光谱复原，得到光谱信息。
[0012]优选的，所述共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置还包括：前置组件；所述前置组件包括沿光路依次设置的会聚透镜、光阑和准直透镜；目标光经所述前置组件后变为平行光并入射至所述三角形共光路干涉仪。
[0013]另一方面，本专利技术提供一种共光路大孔径时间调制干涉光谱成像方法，采用上述的共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置实现，通过在三角形共光路干涉仪中设置用于产生随时间变化的光程差的动镜扫描机构，使所述共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置工作于凝视观测模式。
[0014]优选的，所述共光路大孔径时间调制干涉光谱成像方法包括以下步骤：
[0015]步骤1、目标光经前置组件后变为平行光并入射至所述三角形共光路干涉仪；
[0016]步骤2、通过分束器将所述平行光分成第一透射光束和第一反射光束；所述第一反射光束依次通过第一平面反射镜、第一光程调节组件、第二平面反射镜后再次返回至所述分束器，并经所述分束器分成第二透射光束和第二反射光束；所述第一透射光束依次通过所述第二平面反射镜、第二光程调节组件、所述第一平面反射镜后再次返回至所述分束器，并经所述分束器分成第三透射光束和第三反射光束；所述第二反射光束和所述第三透射光束沿第一方向出射，所述第二透射光束和所述第三反射光束沿第二方向出射；
[0017]步骤3、通过会聚组件将所述三角形共光路干涉仪出射的光束形成干涉并成像至探测采集模块上；
[0018]步骤4、通过所述探测采集模块采样收集不同时刻的干涉条纹信号，并转换为电信号，得到探测信息；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置，其特征在于，包括：三角形共光路干涉仪，所述三角形共光路干涉仪为非对称结构，所述三角形共光路干涉仪中设置有用于产生随时间变化的光程差的动镜扫描机构，所述共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置工作于凝视观测模式。2.根据权利要求1所述的共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置，其特征在于，所述三角形共光路干涉仪包括分束器、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一光程调节组件和第二光程调节组件；所述第一光程调节组件和所述第二光程调节组件组合构成所述动镜扫描机构，所述第一光程调节组件和所述第二光程调节组件分别置于干涉仪的两臂中，两臂分别产生第一光程和第二光程，所述第一光程和所述第二光程组合形成零光程差附近周期变化的光程差；目标光以平行光进入所述三角形共光路干涉仪，所述分束器将所述平行光分成第一透射光束和第一反射光束；所述第一反射光束依次通过所述第一平面反射镜、所述第一光程调节组件、所述第二平面反射镜后再次返回至所述分束器，并经所述分束器分成第二透射光束和第二反射光束；所述第一透射光束依次通过所述第二平面反射镜、所述第二光程调节组件、所述第一平面反射镜后再次返回至所述分束器，并经所述分束器分成第三透射光束和第三反射光束；所述第二反射光束和所述第三透射光束沿第一方向出射，所述第二透射光束和所述第三反射光束沿第二方向出射。3.根据权利要求2所述的共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置，其特征在于，所述第一光程调节组件、所述第二光程调节组件中的一个光程调节组件为动镜，另一个光程调节组件为定镜；作为动镜的光程调节组件包括光程调节器件和电机，该光程调节器件在所述电机的驱动下运动；作为定镜的光程调节组件仅包括光程调节器件。4.根据权利要求3所述的共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置，其特征在于，作为动镜的光程调节组件中的光程调节器件采用第一棱镜，作为定镜的光程调节组件中的光程调节器件采用第二棱镜，光束通过所述第一棱镜或所述第二棱镜的后的出射面均与入射面平行；所述第一棱镜在所述电机的驱动下旋转，所述电机的转动轴垂直于光束的传播方向；所述第二棱镜的姿态相对于光束垂直入射面具有一定角度的倾斜，用于补偿零位色散效应且增加过零光程差位置。5.根据权利要求4所述的共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置，其特征在于，所述第一棱镜由棱镜对组成，所述棱镜对中的两个棱镜旋转方向相反。6.根据权利要求2所述的共光路大孔径时间调制干涉光谱成像装置，其特征在于，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏儒义，雷俊锋，吴琼水，田猛，曾立波，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：