太阳城集团

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一种大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法及光谱仪.pdf

摘要
申请专利号:

CN201410178155.4

申请日:

2014.04.29

公开号:

太阳城集团CN103954361A

公开日:

2014.07.30

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):G01J 3/45申请日:20140429授权太阳城集团日:20160224终止日期:20160429|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01J 3/45申请日:20140429|||公开
IPC分类号: G01J3/45 主分类号: G01J3/45
申请人: 中国科学院光电研究院
发明人: 相里斌; 杜述松; 才啟胜; 张金刚; 谭政
地址: 100080 北京市海淀区中关村东路95号
优先权:
专利代理机构: 北京凯特来知识产权代理有限公司 11260 代理人: 郑立明;郑哲
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法律状态
申请(专利)号:

CN201410178155.4

授权太阳城集团号:

|||||||||

法律状态太阳城集团日:

2017.06.16|||2016.02.24|||2014.08.27|||2014.07.30

法律状态类型:

专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明公开了一种大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法及光谱仪,其中,该方法包括:复合入射光经由预设反射与透射比例的分束器分为反射光与透射光;所述反射光与透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后再经由反射镜组反射至分束器;或者所述反射光经过闪耀光栅组进行衍射后经由反射镜组反射至分束器,所述透射光经过射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后射入分束器;所述分束器将所述反射光、透射光分别对应的反射、透射至成像镜;所述成像镜上得到具有横向剪切量的干涉光,从而通过探测器得到干涉太阳城集团实现光谱成像。通过采用本发明公开的成像方法与光谱仪,实现了采样点数减少以及信噪比提高。

权利要求书

权利要求书
1.  一种大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法,其特征在于,该方法包括:
复合入射光经过一次像面分割器,被分割为不同通道后,经由预设反射与透射比例的分束器分为反射光与透射光;
所述反射光与透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后再经由反射镜组反射至分束器;或者所述反射光经过闪耀光栅组进行衍射后经由反射镜组反射至分束器,所述透射光经过射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后射入分束器;其中,所述反射镜组包括:按照预设夹角设置的第一与第二反射镜;所述闪耀光栅组包括:平行设置的第一与第二闪耀光栅;
所述分束器将所述反射光、透射光分别对应的反射、透射至成像镜;
所述成像镜上得到具有横向剪切量的干涉光,从而通过探测器得到干涉太阳城集团实现光谱成像。

2.  根据权利要求1所述的方法,其特征在于,复合入射光经由预设反射与透射比例的分束器分为反射光与透射光之前还包括:
复合入射光经过前置光学系统成像在一次像面分割器上,所述一次像面分割器将入射光分解成不同的通道后经由准直系统准直后进入所述分束器。

3.  根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述反射光与透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后再经由反射镜组反射至分束器包括:
被所述分束器反射的所述反射光到达所述第二反射镜后被反射到所述第二闪耀光栅,所述第二闪耀光栅的衍射光到达所述第一闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,再经由所述第一反射镜反射至所述分束器;
被所述分束器透射的所述透射光到达所述第一反射镜后被反射到所述第一闪耀光栅,所述第一闪耀光栅的衍射光到达所述第二闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,再经由所述第二反射镜反射至所述分束器。

4.  根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述反射光经过闪耀光栅组进行衍射后经由反射镜组反射至分束器,所述透射光经过射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后射入分束器包括:
被所述分束器反射的所述反射光到达所述第一闪耀光栅,所述第一闪耀光栅的衍射光到达所述第二闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,再依次经由第二反射镜与第 一反射镜反射至所述分束器;
被所述分束器透射的所述透射光依次经由第一反射镜与第二反射镜反射至所述第二闪耀光栅,所述第二闪耀光栅的衍射光到达所述第一闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,并射入所述分束器。

5.  根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述成像镜上得到具有横向剪切量的干涉光的横向剪切量表示为:

根据所述横向剪切量获得用于计算干涉图的光程差,所述光程差的表达式为:

其中,a表示所述第二反射镜对称位置与所述第一反射镜之间的水平距离,L表示所述第一闪耀光栅与所述第二闪耀光栅之间的垂直距离,θ表示复合入射光与光轴之间的夹角,β1表示透射光的衍射角,β2表示反射光的衍射角。

6.  一种大孔径多通道空间外差干涉光谱仪,其特征在于,该光谱仪包括:一次像面分割器、分束器、反射镜组、闪耀光栅组、成像镜与探测器;
所述一次像面分割器,用于将复合入射光进行不同通道的分割;
所述分束器中预设反射与透射比例,用于将分割后的入射光分为反射光与透射光;
所述反射光与透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后再经由反射镜组反射至分束器;或者所述反射光经过闪耀光栅组进行衍射后经由反射镜组反射至分束器,所述透射光经过射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后射入分束器;其中,所述反射镜组包括:按照预设夹角设置的第一与第二反射镜;所述闪耀光栅组包括:平行设置的第一与第二闪耀光栅;
所述分束器,还用于将所述反射光、透射光分别对应的反射、透射至成像镜;
所述成像镜,用于得到具有横向剪切量的干涉光;
所述探测器,用于通过探测得到干涉光的干涉太阳城集团来实现光谱成像。

7.  根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述光谱仪还包括:前置光学系统与准直系统;
所述复合入射光经过前置光学系统成像在一次像面分割器上,所述一次像面分割器将入射光分解成不同的通道后经由准直系统准直后进入所述分束器。

8.  根据权利要求6或7所述的方法,其特征在于,所述反射光与透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后再经由反射镜组反射至分束器包括:
被所述分束器反射的所述反射光到达所述第二反射镜后被反射到所述第二闪耀光栅,所述第二闪耀光栅的衍射光到达所述第一闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,再经由所述第一反射镜反射至所述分束器;
被所述分束器透射的所述透射光到达所述第一反射镜后被反射到所述第一闪耀光栅,所述第一闪耀光栅的衍射光到达所述第二闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,再经由所述第二反射镜反射至所述分束器。

9.  根据权利要求6或7所述的方法,其特征在于,所述反射光经过闪耀光栅组进行衍射后经由反射镜组反射至分束器,所述透射光经过射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后射入分束器包括:
被所述分束器反射的所述反射光到达所述第一闪耀光栅,所述第一闪耀光栅的衍射光到达所述第二闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,再依次经由第二反射镜与第一反射镜反射至所述分束器;
被所述分束器透射的所述透射光依次经由第一反射镜与第二反射镜反射至所述第二闪耀光栅,所述第二闪耀光栅的衍射光到达所述第一闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,并射入所述分束器。

10.  根据权利要求6所述的方法,其特征在于,
所述成像镜上得到具有横向剪切量的干涉光的横向剪切量表示为:

根据所述横向剪切量获得用于计算干涉图的光程差,所述光程差的表达式为:

其中,a表示所述第二反射镜对称位置与所述第一反射镜之间的水平距离,L表示所述第一闪耀光栅与所述第二闪耀光栅之间的垂直距离,θ表示复合入射光的入射角,β1表示透射光的衍射角,β2表示反射光的衍射角。

说明书

说明书一种大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法及光谱仪
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域,尤其涉及一种大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法及光谱仪。
背景技术
干涉光谱成像技术从调制方式上来分可分为:(1)太阳城集团调制、(2)空间调制和(3)时空联合调制三种方式。
(1)太阳城集团调制干涉光谱成像技术具有运动部件,相比较于空间调制干涉光谱技术稳定性较差。
(2)空间调制干涉光谱成像技术没有运动部件,因而具有很好的稳定性,空间调制干涉光谱成像技术的典型例子是Sagnac(萨格纳克)干涉光谱仪。如图1所示,Sagnac干涉光谱仪通过前置光学系统11在一次像面12上获取目标的图像,在一次像面12上放置一个狭缝13,同时,狭缝还位于傅氏镜15(成像光学系统包括傅氏镜和柱面镜)的前焦面上,通过横向剪切仪14后狭缝将被剪切成一对虚像,这两个虚像之间的横向剪切量为d,傅氏镜的焦距为f,探测器16上距离光轴距离为y的像素上获得的干涉图表达式为:I(y)=∫σminσmaxB(σ)cos(2πσ·OPD(y)),]]>式中OPD(y)=d·sinθ=d·yf]]>是探测器上距离光轴距离为y处的光程差表达式。
但是,Sagnac干涉仪要实现小波数范围、高分辨率的探测,其采样点数由乃奎斯特定理来决定,采样点数与最大波数成正比、与波数分辨率成反比,当最大波数而波数分辨率高,则采样点数巨大,另一方面,Sagnac干涉光谱仪一次成像获得所有光程差的干涉太阳城集团,单个像素(通道)上的探测强度与采样点数成反比,当全部能量为E,则每一个像素的所接收的能量大致为当波数分辨率越高则单个通道的能量越小,探测器的灵敏度要求则越高。
空间调制干涉光谱成像技术的另一种特殊形式是空间外差干涉光谱成像技术,空间外差干涉光谱成像技术采用外差的原理,使得干涉图进行采样时其起始波数不需从0波数 开始,而可以从设定的最小波数σmin开始,这样可以大幅减少采样点数,通过较少采样点数情而实现高光谱分辨率,降低了数据的冗余性。如图2所示,空间外差干涉光谱仪(SHS)包括准直镜21,光栅22,光栅24,分束器23,透镜25,透镜26以及探测器27。图2其他标号分别为:物面20,入射波面201,科特罗角202,出射波面203,干涉图204。SHS是在迈克尔逊干涉仪中采用一对参数相同的光栅(22、24)取代反射镜,并使光栅与光轴之间存在一定的夹角,光栅与光轴的夹角满足对于设定的波数σ0的光线经过光栅后其衍射光将原路返回,此时入射光与衍射光之间的光栅方程满足式中θ为入射角也是光栅22与水平方向及光栅24与竖直方向的夹角,被称为利特罗角202,m是衍射级次,一般取m=1,d是光栅密度常数,当入射波数变为σ,光栅方程变为γ是光线经过光栅23和光栅24后出射波面的夹角,该角也是σ波数的光出射方向与σ0波数光出射方向之间的夹角。在探测距离光轴距离为x处,干涉图的表达式为:I(x)=∫0B(σ)cos(2π(4(σ0-σ)tgθ))xdσ,]]>其中,d是横向剪切量。
但是,空间外差干涉光谱仪SHS单个探测点(通道)的探测强度与采样点数成反比,当全部能量为E,则每一个通道的能量大致为当波数分辨率越高则单个通道所接收的能量越小,探测器的灵敏度要求则越高。
(3)时空联合调制干涉光谱成像技术结合太阳城集团调制、空间调制的特点,在某一时刻可以获取某一物点特定光程下的干涉太阳城集团,其特点是系统中无狭缝,而且是点到点的成像关系,所有能量全部集中到一个点上,其信噪比高于空间调制干涉光谱仪,通过飞行平台的推扫来获取同一物点不同光程差下的干涉图,对不同推扫时刻的干涉图进行抽取组合后再进行数据反演便可获取光谱太阳城集团,其典型代表是大孔径静态干涉光谱成像仪(LASIS)。如图3所示,LASIS干涉光谱成像仪包括前置光学系统31,一次像面32,准直镜33,横向剪切仪34,成像镜35,探测器36。LASIS干涉光谱成像仪是在普通的照相系统中增加横向剪切仪,在某时刻获取同一物点空间图像的同时还得到了该物点特定光程差情况下的干涉太阳城集团,准直镜的作用是将一次像面进行准直,然后一次像面被横向剪切仪剪切成一对相干的虚像,这一对虚像通过成像镜在探测器上获得包含了干涉太阳城集团的空间图像;与空间调制干涉光谱仪相比,LASIS系统中在一次像面上不存在狭缝,系统中也不存在柱面镜,在某一时刻在探测器上得到的是包含了干涉太阳城集团的空间图像,其干涉 图表达式为I(y)=∫σminσmaxB(σ)cos(2πσ·OPD(y)),]]>式中OPD(y)=d·sinθ=d·yf1,]]>d是横向剪切量,y是探测器上像素与光轴之间的距离,f1为成像系统焦距。
但是,LASIS干涉光谱仪在获取单个点的干涉图时候是通过推扫来获取完整的干涉太阳城集团,单次的成像只获取某个点固定光程差的干涉太阳城集团,通过推扫来获取同一物点所有光程差的干涉太阳城集团,与Sagna干涉仪相比,其最大的优点是单次探测每一个像素接收了同一物点的全部能量E,其信噪比得到了提高。但是当要求实现小波数范围高分辨探测,其采样点数仍然受限于乃奎斯特定理,当最大波数大而波数分辨率高,则采样点数巨大,进一步造成系统构造复杂,信号探测、存储的要求更高。
发明内容
本发明的目的是提供一种大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法及光谱仪,实现了采样点数减少以及信噪比提高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法,该方法包括:
复合入射光经过一次像面分割器,被分割为不同通道后,经由预设反射与透射比例的分束器分为反射光与透射光;
所述反射光与透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后再经由反射镜组反射至分束器;或者所述反射光经过闪耀光栅组进行衍射后经由反射镜组反射至分束器,所述透射光经过射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后射入分束器;其中,所述反射镜组包括:按照预设夹角设置的第一与第二反射镜;所述闪耀光栅组包括:平行设置的第一与第二闪耀光栅;
所述分束器将所述反射光、透射光分别对应的反射、透射至成像镜;
所述成像镜上得到具有横向剪切量的干涉光,从而通过探测器得到干涉太阳城集团实现光谱成像。
一种大孔径多通道空间外差干涉光谱仪,该光谱仪包括:一次像面分割器、分束器、反射镜组、闪耀光栅组、成像镜与探测器;
所述一次像面分割器,用于将复合入射光进行不同通道的分割;
所述分束器中预设反射与透射比例,用于将分割后的入射光分为反射光与透射光;
所述反射光与透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后再经由反射镜组反射至分束器;或者所述反射光经过闪耀光栅组进行衍射后经由反射镜组反射至分束器,所述透射光经过射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后射入分束器;其中,所述反射镜组包括:按照预设夹角设置的第一与第二反射镜;所述闪耀光栅组包括:平行设置的第一与第二闪耀光栅;
所述分束器,还用于将所述反射光、透射光分别对应的反射、透射至成像镜;
所述成像镜,用于得到具有横向剪切量的干涉光;
所述探测器,用于通过探测得到干涉光的干涉太阳城集团来实现光谱成像。
由上述本发明提供的技术方案可以看出,通过在大孔径静态干涉光谱成像仪LASIS的一次像面进行分割并在光路中加入一对平行的闪耀光栅实现外差的特性,在对小波数范围的目标进行高波数(光谱)分辨率探测的时候,可以使得采样点数大大减少,而又具备LASIS干涉仪的特点,可以大幅的提高信噪比,使得探测的灵敏度更高,数据质量更好。而且,可以同时实现多谱段通道的探测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明背景技术提供的现有的Sagnac干涉光谱仪示意图;
图2为本发明背景技术提供的现有的空间外差干涉光谱仪示意图;
图3为本发明背景技术提供的现有的LASIS干涉光谱仪示意图;
图4为本发明实施例一提供的一种大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法的流程图;
图5为本发明实施例一提供的一种一次像面分割的示意图;
图6为本发明实施例一提供的一种大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法的流程图;
图7为本发明实施例一提供的大孔径多通道空间外差干涉光谱仪波数、衍射角关系示意图;
图8为本发明实施例二提供的一种大孔径多通道空间外差干涉光谱仪应用示意图;
图9为本发明实施例二提供的一种大孔径多通道空间外差干涉光谱仪应用示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
实施例一
图4为本发明实施例一提供的一种大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法的流程图。如图4所示,该方法主要包括如下步骤:
步骤41、复合入射光经过一次像面分割器,被分割为不同通道后,经由预设反射与透射比例的分束器分为反射光与透射光。
优选的,所述复合入射光可经过前置光学系统成像在一次像面分割器上,所述一次像面分割器将入射光分解成不同的通道后经由准直系统准直后进入所述分束器。
所述一次像面分割器可以是多狭缝机构加上多个不同谱段范围的光学窗口组成。其分割的示意图如图5所示,所述一次像面分割器可以将复合入射光分解成不同的通道,且每个通道对应的谱段范围不同。
步骤42、所述反射光与透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后再经由反射镜组反射至分束器;或者所述反射光经过闪耀光栅组进行衍射后经由反射镜组反射至分束器,所述透射光经过射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后射入分束器。
其中,所述闪耀光栅组包括:平行设置的第一与第二闪耀光栅。所述反射镜组包括:按照预设夹角设置的第一与第二反射镜;示例性的,第一反射镜和第二反射镜之间的夹角可以为45°;另外,第一反射镜和第二反射镜可以为平面反射镜。
步骤43、所述分束器将所述反射光、透射光分别对应的反射、透射至成像镜。
步骤44、所述成像镜上得到具有横向剪切量的干涉光,从而通过探测器得到干涉太阳城集团实现光谱成像。
本发明实施例大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法,在LASIS干涉仪中增加了一个一次像面分割器和一对相互平行的闪耀光栅,一次像面分割器上设置不同的窄带滤光 片,可以将目标分解成多个不同的谱段范围,而闪耀光栅的增加将使得LASIS干涉仪具有外差的特性,在对小波数范围的目标进行高波数(光谱)分辨率探测的时候,可以使得采样点数大大减少;而与传统的空间外差式干涉光谱仪相比较,又可以大幅的提高信噪比,使得探测的灵敏度更高,数据质量更好,一次像面分割器可以使得同时实现多通道的探测,例如实现对不同大气成分的一次探测;可更好的满足各种应用领域。
本发明实施例大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法,当某一通道所需探测的目标波数范围为σmin~σmax,需要实现的波数分辨率为Δσ,采样点数只需要满足即可。对每一个通道探测均满足该关系式。
另外,本发明实施例大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法,适合小波数范围的高光谱分辨率的探测,例如大气中的CO2、O3等具有特征波长的气体探测,也可以用于地区化学烟雾的监测等等。
进一步的,为了便于理解本发明,下面结合附图6-7做进一步介绍。
如图6所示,本发明实施例提供的大孔径多通道空间外差干涉光谱成像方法,主要包括如下步骤:
复合入射光射入前置光学系统(步骤60),并成像在一次像面上,进行多通道的分割(步骤61),之后射入准直系统(步骤62),通过准直系统准直后射入包含闪耀光栅的干涉仪中(步骤63),再发送至成像镜(步骤64),在所述成像镜中成像(步骤65),从而获得包含干涉太阳城集团的图像(步骤66)。
本发明实施例中,上述步骤63有多种实现方式。
示例性的,准直后的入射光经由分束器分为反射光与透射光。所述分束器反射与透射比例可以为1:1。
之后,所述反射光与透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后再经由反射镜组反射至分束器;其中,所述反射镜组包括:按照预设夹角(例如,45°)设置的第一与第二反射镜;所述闪耀光栅组包括:平行设置的第一与第二闪耀光栅。
具体的:被所述分束器透射的所述透射光到达所述第一反射镜后被反射到所述第一闪耀光栅,闪耀光栅的性质是当光线垂直于光栅刻画槽面入射时其闪耀波长的1级衍射光将原路返回。光线到达第一闪耀光栅后,不同波长的光线将被光栅衍射,其衍射角将会随着波长的变化而不同,衍射光与入射光之间满足光栅方程:其中σ为入射光波数,θ1为透射光相对于第一闪耀光栅的入射角,β1为其衍射角,不同波数 σ的光其衍射角β1不同。
所述第一闪耀光栅的衍射光到达所述第二闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,此时透射光线将再次被衍射,此时的衍射光与入射光之间同样满足光栅方程:通过几何关系可知θ1′=β1,为确保光线经过第一闪耀光栅、第二闪耀光栅后与入射光保持平行出射,须使得m=-m′,此时便有β1′=θ1。
因此经过一对相互平行放置的闪耀光栅后,具有一定波数范围的复合光将被衍射成多束相互平行的光线。最后,再经由所述第二反射镜反射至所述分束器。
同时,被所述分束器反射的所述反射光到达所述第二反射镜后被反射到所述第二闪耀光栅,与透射光一样,衍射光的衍射角与波数σ相关并满足光栅方程所述第二闪耀光栅的衍射光到达所述第一闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,再经由所述第一反射镜反射至所述分束器。
如图7所示,经过一对相互平行放置的闪耀光栅后,具有一定波数范围的复合光将被衍射成多束相互平行的光线,其出射位置与波数σ有关,波数σ越大其衍射角越大。
α为入射光相对于第一闪耀光栅71的入射角,为波数σ1的衍射角,为σ2的衍射角,L为第一闪耀光栅71与第二闪耀光栅72之间的垂直距离,根据则波数σ1的出射位置73,得到波数σ2的出射位置74。
另一方面,反射光与透射光还可通过另一种传递方法达到所述分束器,即所述反射光经过闪耀光栅组进行衍射后经由反射镜组反射至分束器,所述透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后射入分束器;具体的:被所述分束器反射的所述反射光到达所述第一闪耀光栅,所述第一闪耀光栅的衍射光到达所述第二闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,再依次经由第二反射镜与第一反射镜反射至所述分束器;被所述分束器透射的所述透射光依次经由第一反射镜与第二反射镜反射至所述第二闪耀光栅,所述第二闪耀光栅的衍射光到达所述第一闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,并射入所述分束器。
此时,改变了第一闪耀光栅与第二闪耀光栅所放置的位置。两个闪耀光栅放置在不同的位置,可以带来增大闪耀光栅之间的间距,进而可以使得横向剪切量D发生较大的变化,改变光程差。这样,在某一时刻,可以获取物点的某一光程差下的干涉太阳城集团,通过飞行推扫,可以获取某一物点所有光程差情况下的干涉太阳城集团,通过不同幅图像的干涉太阳城集团的组合得到完整的干涉曲线,对干涉曲线进行数据反演便可获取物点的光谱太阳城集团。
本发明实施例中,入射所述闪耀光栅组的复合光的不同波数对应不同的衍射角,当 取衍射级数m=1,波数σ越大,衍射角越大。其中,波数为波长λ的倒数,即
进一步的,所述反射光与透射光经过上述处理后,在经由分束器分别对应的反射、透射至成像镜。
当分束器将复合入射光分束为的反射光与透射光最终平行的射入成像镜中时,反射光与透射光之间将被分开一段距离,称之为横向剪切量D。
横向剪切量D与第二反射镜太阳城集团分束器对称位置、第一反射镜之间的水平距离a以及衍射光波数相关,其表示为:

其中,a表示第二反射镜对称位置与第一反射镜之间的水平距离,L表示第一闪耀光栅与第二闪耀光栅之间的垂直距离,θ表示入射角(复合入射光与光轴之间的夹角),β1表示透射光的衍射角,β2表示反射光的衍射角。
最后,所述成像镜上得到具有横向剪切量的干涉光,从而通过探测器得到干涉太阳城集团实现光谱成像。其干涉强度由I(y)=∫σminσmaxB(σ)cos(2πσ·OPD(y)),]]>决定,其中,光程差OPD(y,σ),其中y是探测器上像高,f为成像系统焦距,除与探测器上的位置还与波数相关,其表示为:

从上述表达式可以看出,当入射角θ一定的情况下,衍射角β1,β2将随着波数的变化而变化,而两个闪耀光栅的间距L以及两个反射镜的水平偏移距离a均为常数。
在某一时刻,可以获取物点的某一光程差下的干涉太阳城集团,通过飞行推扫,可以获取某一物点所有光程差情况下的干涉太阳城集团,通过不同幅图像的干涉太阳城集团的组合得到完整的干涉曲线,对干涉曲线进行数据反演便可获取物点的光谱太阳城集团。
实施例二
本发明实施例提供一种大孔径多通道空间外差干涉光谱仪,该光谱仪包括:一次像面分割器、分束器、反射镜组、闪耀光栅组、成像镜与探测器;
所述一次像面分割器,用于将复合入射光进行不同通道的分割;所述分束器中预设 反射与透射比例,用于将复合入射光分为反射光与透射光;
所述反射光与透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后再经由反射镜组反射至分束器;或者所述反射光经过闪耀光栅组进行衍射后经由反射镜组反射至分束器,所述透射光经过射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后射入分束器;其中,所述反射镜组包括:按照预设夹角设置的第一与第二反射镜;所述闪耀光栅组包括:平行设置的第一与第二闪耀光栅;
所述分束器,还用于将所述反射光、透射光分别对应的反射、透射至成像镜;
所述成像镜,用于得到具有横向剪切量的干涉光;
所述探测器,用于通过探测得到干涉光的干涉太阳城集团来实现光谱成像。
进一步的,所述光谱仪还包括:前置光学系统、一次像面分割器与准直系统;
所述复合入射光经过前置光学系统成像在一次像面分割器上,所述一次像面分割器将入射光分解成不同的通道后经由准直系统准直后进入所述分束器。
进一步的,所述反射光与透射光经过反射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后再经由反射镜组反射至分束器包括:
被所述分束器反射的所述反射光到达所述第二反射镜后被反射到所述第二闪耀光栅,所述第二闪耀光栅的衍射光到达所述第一闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,再经由所述第一反射镜反射至所述分束器;
被所述分束器透射的所述透射光到达所述第一反射镜后被反射到所述第一闪耀光栅,所述第一闪耀光栅的衍射光到达所述第二闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,再经由所述第二反射镜反射至所述分束器。
进一步的,所述反射光经过闪耀光栅组进行衍射后经由反射镜组反射至分束器,所述透射光经过射镜组反射至闪耀光栅组进行衍射后射入分束器包括:
被所述分束器反射的所述反射光到达所述第一闪耀光栅,所述第一闪耀光栅的衍射光到达所述第二闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,再依次经由第二反射镜与第一反射镜反射至所述分束器;
被所述分束器透射的所述透射光依次经由第一反射镜与第二反射镜反射至所述第二闪耀光栅,所述第二闪耀光栅的衍射光到达所述第一闪耀光栅,被衍射成多束相互平行的光线,并射入所述分束器。
进一步的,所述成像镜上得到具有横向剪切量的干涉光的横向剪切量表示为:

根据所述横向剪切量获得用于计算干涉图的光程差,所述光程差的表达式为:

其中,a表示所述第二反射镜对称位置与所述第一反射镜之间的水平距离,L表示所述第一闪耀光栅与所述第二闪耀光栅之间的垂直距离,θ表示入射角(复合入射光与光轴之间的夹角),β1表示透射光的衍射角,β2表示反射光的衍射角。
进一步的,本发明实施例的光谱仪可以采用图8-图9所示的两种结构,二者的反射镜组与闪耀光栅组的位置发生了变化。
图8中,包括前置光学系统80、一次像面分割器81、准直系统82、分束器83、第一反射镜84、第二反射镜85、第一闪耀光栅86、第二闪耀光栅87、成像镜88、探测器89;该图中的标记800表示光轴。
图9中,包括了包括前置光学系统90、一次像面分割器91、准直系统92、分束器93、第一反射镜94、第二反射镜95、第一闪耀光栅96、第二闪耀光栅97、成像镜98、探测器99。
具体的光线反射、传递过程在之前的实施例中已经进行了详细的描述,故不再赘述。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

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