光谱分辨率可调的新型干涉成像光谱技术研究.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．2(2013)024205光谱分辨率可调的新型干涉成像光谱技术研究术李杰干朱京平张云尧刘宏侯洵(西安交通大学电信学院，陕西省信息光子技术重点实验室电子物理与器件教育部重点实验室，西安710049)(2012年4月25日收到；2012年7月11日收到修改稿)针对色散型和静态干涉型成像光谱仪光谱分辨率固定、系统效能得不到充分发挥等问题，提出了一种光谱分辨率可调的静态双折射干涉成像光谱技术．该技术的创新点之一在于，仪器的光谱分辨能力可调，且调节范围较宽．对于不同的探测目标

2、，利用这一技术，只获取有用的光谱数据，既能满足多目标、多任务光谱图像探测的需要，又可大幅减少对存储空间和通信带宽的占用，有效缩短数据处理时间，提高系统信噪比，从而使仪器总体性能达到最优．本文给出了新技术的具体实现方案及理论模型，对核心元件一横向剪切量可调的新型双Wollaston平行平板分束器进行了光线追迹，给出了其横向剪切量的精确理论计算公式，深入分析了其分光及横向剪切量调节原理．在此基础上，研究了新技术的光谱分辨率调节特性，给出了其光谱调节范围，并对其光谱调节原理进行了实验验证．关键词：Wollaston棱镜，光谱

3、分辨率，成像光谱PACS：42．25．Hz，42．25．Lc，95．55．QfDOI：10．7498／aps．62．024205一问题，发展了静态干涉成像光谱仪，成为了干涉1引言型成像光谱仪的主流_4．6J．静态干涉成像光谱仪按照其光路结构及分束成像光谱技术是20世纪80年代发展起来的器的不同又分为反射型(如Sagnac干涉成像光谱一种能够同时获取目标图像及图像上每一点光谱仪)和双折射型．前者主要采用半透半反分束器、信息的先进光学探测技术，其获取的数据被称为平面反射镜实现入射光的双光束干涉．后者采用“数据立方体”⋯1．

4、实现这一功能的仪器即为成像光双折射晶体分束器将入射光分为振动方向相互垂谱仪．按照光谱获取原理的不同，成像光谱仪一般直的两束线偏振光，再通过检偏器使两束光具有可分为色散型、干涉型(傅里叶变换型)、滤光片相同的振动方向并发生干涉．目前己经发展出以型、计算层析型四种．其中采用最多的是色散型和Wollaston棱镜【7)8】和Savart偏光镜【6]分束器为核干涉型．色散型采用棱镜或光栅作为色散元件获取心的双折射干涉成像光谱仪．在地球资源普查、灾目标光谱，具有技术成熟、性能稳定等优点，但结害预警与监测、环境污染监控、天气预报、

5、深空构相对复杂，实现高空间分辨率及光谱分辨率均需探索等领域发挥了重大作用．小的入射狭缝，限制了光通量和信噪比[2J，不利于遗憾的是，上述两种静态成像光谱仪系统一旦弱光目标的探测．干涉型利用双光束干涉的傅里确定，其光谱分辨率、光谱范围等参数便不能改变．叶变换光谱特性实现光谱数据的获取，具有光通量为了满足不同任务的需求，必须具备高的光谱分辨大、波长精度高、光谱探测范围宽等优点．早期结率和宽的光谱范围【9J'这将导致仪器信噪比下降，构多为迈克尔逊型，在相同光谱分辨率下，光通量光谱图像数据量激增．而信噪比的下降会影响图像约为光

6、栅型的190倍-3J_但其工作时，需精密、稳获取质量，数据量的增加会占用较多的存储空间和定的动镜扫描，因此无法对目标光谱信息进行实时较宽的通信信道，也延长了数据采集和处理时间，探测，应用环境和条件也受到极大限制．为解决这这些问题在航空航天遥感上表现得尤为突出．}中国博士后科学基金(批准号：2012M510217)和国家自然科学基金(批准号：61205187)资助的课题．t通讯作者．E—mail：jielixjtu@mail．xjtu．edu．ca④2013中国物理学会ChinesePhysicalSocietyht：／

7、／wulixb．iphy．ac．c礼物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．2(2013)024205以我国嫦娥一号所载Sagnac空问调制型干涉2新型静态双折射干涉成像光谱技术成像光谱仪为例，由于受到星上存储空间及通信带原理宽的限制，其光谱分辨率为325．25cm_。，对应的光2．1理论模型谱通道数为32，且为了平衡任务所需光谱分辨率与数据量间的矛盾，CCD采集到的干涉条纹数据只能本文提出的新型静态双折射干涉成像光谱仪SZBIS结构如图1所示．它主要由前置望远系传输一半，能量利用率也因此减少了50％[1

8、o1．已成统、起偏器P、两块相同的Wollaston棱镜WP1和为限制成像光谱遥感仪器发展的主要瓶颈．WP2、检偏器A、成像镜和CCD面阵探测器组为了解决这一问题，本文提出一种光谱分辨率成．其中WP1左楔板与WP2右楔板的光轴平行可调的新型静态双折射干涉成像光谱仪(spectral于纸面，WP】右楔板与WP2左楔板的光轴则与纸面垂