[发明专利]静态傅立叶变换干涉成像光谱全偏振探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，特别是一种同时能获得目标二维强度、 干涉光谱和全偏振特性的三位一体的静态傅立叶变换干涉成像光谱全偏振探 测装置。

背景技术

1980s，美国空气动力实验室(JPL)提出成像光谱仪概念，将成像仪与光 谱仪融合，可以同时获取目标的二维空间信息和一维光谱信息，受到各国大 力重视。20多年时间里，成像光谱仪从多通道的色散型，发展到高光谱的 干涉型，其中麦克尔逊(Mechelson)干涉成像光谱仪具有视场较大的基本优 点，干涉型分光结构保证了其高的光谱分辨能力，大视场也保证了其较高的 信噪比，这些优点使其在对地观测中被大量采用。但常用的动镜扫描方式探 测时，同一目标干涉强度需要动镜多次步进来采集，得到的是不同时刻的值， 造成的测量误差较大；内部扫描镜的驱动需要很高的精度，且对外界的震动 敏感。这些问题使其在航天、航空、野外环境中使用有较大局限性。后来发 展起了静态傅立叶变化光谱仪，典型代表之一就是麦克尔逊(Mechelson)型 静态干涉仪，它利用其中一个反射镜倾斜来产生光程差，在干涉面上产生竖 直的干涉条纹，再利用傅立叶变换得到光源的光谱。这种结构没有复杂的机 械扫描，结构简单，成本低廉，便于小型化且调试方便，对于推进对地观测 光谱测量有重要意义。

然而我们注意到：光源发射的光照射到地球表面和大气中的任何目标， 在辐射、反射、透射和散射光波的过程中，不仅会引起光波强度、光谱辐射 特性的变化，还会引起偏振状态的变化。干涉成像光谱仪优良地解决了同时 探测目标空间强度信息和光谱信息的功能，可以获得目标的二维空间信息以 及物质结构和化学成分，然而无法全面体现表征物体属性的偏振特性。

发明内容

针对目前麦克尔逊(Mechelson)型静态傅立叶变换高光谱成像仪不能获 取目标全偏振特性的问题，本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、无运 动部件、光通量大、可一次性获得目标二维空间像、一维光谱信息和完整偏 振信息的静态傅立叶变换干涉成像光谱全偏振探测装置。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下装置予以实现。

静态傅立叶变换干涉成像光谱全偏振探测装置，包括沿光传输方向顺序 设置的前置光学望远系统1、静态全光调制模块2、静态傅立叶变换干涉成像 光谱仪3、成像镜组4、面阵探测器5，面阵探测器5与信号获取与处理系统6相 连接。

所述的前置光学望远系统1包括按顺序设置的前置光学系统物镜组11，光 阑12和前置光学系统像方镜组13；前置光学系统物镜组11可以是反射镜组、 折反镜组或折射镜组。

所述的光阑12在时空混合调制情况下为一孔径光阑121，在空间调制情况 下为一狭缝122。

所述的静态全光调制模块2由双折射晶体组21及其后的偏振片或偏振棱 镜22组成。

所述的静态傅立叶变换干涉成像光谱仪3包括法线垂直于主光轴的定镜 31、分光镜32、法线与入射光轴有夹角的定镜33。

所述的成像镜组4选用以下任一方案制成：

空间调制情况下，为一个柱面透镜41及其后的成像透镜42，柱面透镜41 的焦面位于后续的成像透镜42上，成像透镜42的焦平面位于后续面阵探测器5 上；

时空混合调制情况下，为成像透镜42，其焦平面位于后续面阵探测器5上。

所述面阵探测器5由CCD阵列、CMOS阵列、光电二极管阵列、光电倍增管 阵列、红外焦平面阵列或紫外光探测器阵列构成。

所述的信号获取与处理系统6由可将面阵探测器5接收到的信息进行傅立 叶变换处理的微机构成，用于解调出目标的二维空间强度、一维光谱和四个 Stokes矢量，并显示为伪彩色图片。