一种基于Sagnac干涉仪的光谱快速采集方法及光谱仪技术

本发明专利技术属于光谱学与光谱分析技术领域，具体涉及一种基于Sagnac干涉仪的光谱快速采集方法及光谱仪，光谱仪包括前置光学系统、剪切分束系统和后置成像系统；前置光学系统将待测点光源拓展为面光源后形成准直光束；剪切分束系统将准直光束剪切成两束具有相位差正比于入射角角度的平行相干光；后置成像系统将两束平行相干光汇聚形成干涉条纹后经过数据处理得到光谱信息。本发明专利技术基于Sagnac干涉仪，采用快照工作方式，对光纤耦合的待测光单次取样就可获得全部光程差下的干涉图样，从而快速解算出入射光的光谱信息。当需要提高光谱分辨率时，利用位移部件提供周期调制信号以调制第一反射镜或第二反射镜位置，改变剪切分束系统中最大光程差，实现增加采样点功能。实现增加采样点功能。实现增加采样点功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Sagnac干涉仪的光谱快速采集方法及光谱仪


[0001]本专利技术属于光谱学与光谱分析
，尤其涉及一种基于Sagnac干涉仪的光谱快速采集方法及光谱仪。

技术介绍

[0002]光谱学诊断法是检测分析物体物理、化学性质的一种重要手段，其中成像光谱技术就是一类将成像技术和光谱技术相结合的新型多维信息获取技术，它能够同时得到被探测目标的两维空间信息和一维光谱信息，是一种具有量化分析和特征识别能力的光学感知手段。成像光谱技术在物质的识别和分类方面具有其它遥感技术无可比拟的优势，在各个领域都有广泛的用途。在军事领域，成像光谱技术可以揭露伪装物体、辨别真假目标；在地质领域，成像光谱技术可以勘探地质构成、分析生态环境、调查土地资源；在气象领域，成像光谱技术可以检测大气环境、分析气象变化规律。同时在非遥感领域，例如食品检测、医药分析等方面，成像光谱技术也发挥着重要作用。
[0003]Sagnac型干涉成像光谱仪是一种以Sagnac剪切分束器为核心的成像光谱仪，由于该干涉仪的结构特点，系统的光路呈三角共光路结构，光线在干涉仪内部传播过程中经过的光程相同，避免了外部环境的干扰因素，具有光通量大、杂散光低等优点，经常被应用于微光和弱光情况下的光谱测量。
[0004]现有的Sagnac型干涉成像光谱仪的工作方式表明单帧图像是无法计算出图像光谱的，必须通过推扫，让像点从图像传感器的一侧扫到另一侧才能实现所有光程差的遍历，从而利用傅里叶变换解算出光谱，例如大孔径静态干涉光谱成像技术(LASIS)的Sagnac横向剪切干涉仪。这种工作方式导致Sagnac干涉型成像光谱仪在实际使用过程中需要不断的推扫视场，并采集大量的图片才能实现成像光谱数据的解算，这极大地增加了采集数据量。另外，偏移量正比于干涉图像中的最大光程差，从而一定程度上决定了光谱分辨率，通常为优化设计后的定值，即调定后不再变化。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对Sagnac型干涉成像光谱仪采集光谱图像需要推扫获得多帧干涉图像，从不同帧图像中提取不同光程差的离散干涉信息，导致采集数据量大的特点，本专利技术的第一个目的是提供一种基于Sagnac干涉仪的光谱快速采集方法，技术方案如下：
[0006]一种基于Sagnac干涉仪的光谱快速采集方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：利用光纤将入射光传输到入射光阑上；
[0008]步骤S2：利用入射光阑约束入射光的孔径，得到限制孔径的入射光，再次将限制孔径的入射光传输到匀光系统内；
[0009]步骤S3：利用匀光系统将限制孔径的入射光扩展为均匀的面光源，输出到准直物镜上；
[0010]步骤S4：利用准直物镜将面光源转变为平行光后入射到分光镜上；
[0011]步骤S5：利用分光镜将平行光剪切为两束，分别为逆时针传播的透射光和顺时针传播的反射光，透射光射向第一反射镜，反射光射向第二反射镜；
[0012]步骤S6：利用第一反射镜将透射光反射至第二反射镜后从分光镜透射而出，利用第二反射镜将反射光反射至第一反射镜后从分光镜反射而出，两束光呈平行状态出射到成像物镜上；
[0013]步骤S7：利用成像物镜将剪切后具有光程差的两束平行相干光成像在探测器上；
[0014]步骤S8：利用探测器接收干涉条纹信息并将其转化为电信号传输到数据处理系统内；
[0015]步骤S9：利用数据处理系统进行光谱复原，即可得到光纤耦合进的光谱信息。
[0016]作为本专利技术的优选，利用位移部件设置第一反射镜和第二反射镜之间的基础最大光程差，当需要提高光谱分辨率时，利用位移部件提供周期调制信号以调制第一反射镜或第二反射镜的位置，从而调制最大光程差，实现增加采样点的功能。
[0017]本专利技术的第二个目的是提供一种基于Sagnac干涉仪的快速采集光谱仪，包括前置光学系统、剪切分束系统和后置成像系统；所述前置光学系统将待测点光源拓展为面光源后形成准直光束；所述剪切分束系统将准直光束剪切成两束具有相位差正比于入射角角度的平行相干光；所述后置成像系统将两束平行相干光汇聚形成干涉条纹后经过数据处理得到光谱信息。
[0018]作为本专利技术的优选，所述前置光学系统包括沿一条X向的准直线依次设置的光纤、入射光阑、匀光系统和准直物镜；所述光纤的出射口对准入射光阑的狭缝，所述入射光阑的出射口对准匀光系统，所述匀光系统的出射口对准准直物镜。
[0019]作为本专利技术的优选，所述剪切分束系统包括分体型Sagnac干涉仪和位移部件，所述分体型Sagnac干涉仪包括分光镜、第一反射镜和第二反射镜，所述分光镜、第一反射镜与准直物镜处于同一条X向的准直线上，且分光镜与准直物镜之间呈45
°
夹角，所述第二反射镜与分光镜处于一条Y向的准直线上，所述第一反射镜或者第二反射镜安装在位移部件上；
[0020]作为本专利技术的优选，所述后置成像系统包括成像物镜、探测器以及数据处理系统，所述成像物镜、探测器与分光镜处于同一条Y向的准直线上，所述探测器设置于成像物镜的焦平面处，所述探测器与数据处理系统电连接。
[0021]作为本专利技术的优选，所述位移部件加装压电陶瓷装置，利用压电效应实现第一反射镜或第二反射镜的微米量级振动调制。
[0022]本专利技术的有益效果如下：
[0023]本专利技术提供的基于Sagnac干涉仪的光谱快速采集方法及光谱仪，基于Sagnac干涉仪，采用快照工作方式，对光纤耦合的待测光单次取样就可获得全部光程差下的干涉图样，从而快速解算出入射光的光谱信息。当需要提高光谱分辨率时，利用位移部件提供周期调制信号以调制第一反射镜或第二反射镜位置，从而改变剪切分束系统中的最大光程差，实现增加采样点的功能；另外，通过在位移部件中加装压电陶瓷装置，严格控制位移部件的移动过程中的振动频率和振动幅度，可以有效的提高光谱分辨率。
附图说明
[0024]通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本专利技术的更全面理解，本专利技术的其它
目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
[0025]图1为本专利技术的结构示意图。
[0026]图2为本专利技术中分光镜、第一反射镜、第二反射镜的关系图。
[0027]其中的附图标记为：光纤1、入射光阑2、匀光系统3、准直物镜4、分光镜5、第一反射镜6、第二反射镜7、成像物镜8、探测器9、位移部件10。
具体实施方式
[0028]为使本领域技术人员能够更好的理解本专利技术的技术方案及其优点，下面结合附图1和2对本申请进行详细描述，但并不用于限定本专利技术的保护范围。
[0029]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“X”、“Y”等指示的方位或位置关系为：基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Sagnac干涉仪的光谱快速采集方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：利用光纤将入射光传输到入射光阑上；步骤S2：利用入射光阑约束入射光的孔径，得到限制孔径的入射光，再次将限制孔径的入射光传输到匀光系统内；步骤S3：利用匀光系统将限制孔径的入射光扩展为均匀的面光源，输出到准直物镜上；步骤S4：利用准直物镜将面光源转变为平行光后入射到分光镜上；步骤S5：利用分光镜将平行光剪切为两束，分别为逆时针传播的透射光和顺时针传播的反射光，透射光射向第一反射镜，反射光射向第二反射镜；步骤S6：利用第一反射镜将透射光反射至第二反射镜后从分光镜透射而出，利用第二反射镜将反射光反射至第一反射镜后从分光镜反射而出，两束光呈平行状态出射到成像物镜上；步骤S7：利用成像物镜将剪切后具有光程差的两束平行相干光成像在探测器上；步骤S8：利用探测器接收干涉条纹信息并将其转化为电信号传输到数据处理系统内；步骤S9：利用数据处理系统进行光谱复原，即可得到光纤耦合进的光谱信息。2.根据权利要求1所述的一种基于Sagnac干涉仪的光谱快速采集方法，其特征在于：利用位移部件设置第一反射镜和第二反射镜之间的基础最大光程差，当需要提高光谱分辨率时，利用位移部件提供周期调制信号以调制第一反射镜或第二反射镜的位置，从而调制最大光程差，实现增加采样点的功能。3.一种基于Sagnac干涉仪的快速采集光谱仪，其特征在于：包括前置光学系统、剪切分束系统和后置成像系统；所述前置光学系统将待测点光源拓展为面光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬壹馨，谭勇，彭浩，赵猛，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：