[发明专利]多频率驱动声光可调谐滤波器实现光谱响应电调节的装置

说明书

技术领域：

本发明涉及成像光谱技术，具体是指一种多频率驱动声光可调谐滤波器实现光谱响应电调节的装置，它用于遥感探测领域。

背景技术：

现有的成像光谱技术，一般是按照固定的光谱分辨率进行全波段光谱扫描，没有考虑不同的目标特性以及同类目标在不同谱段对光谱分辨率的不同需求，动辄上百个波段，原始数据冗余度高，数据效率低，给数据的传输、存储和处理都带来不便。因此，随着成像光谱技术的发展，越来越希望仪器的光谱分辨率能够实现可编程的功能，以满足不同的应用需求。此外，光谱响应曲线形状可调和多波段任意组合对成像光谱探测也具有重要的应用价值。例如，不同的光谱响应曲线形状可以满足不同的应用需求及不同遥感数据处理算法的需求；而根据目标光谱特征选取多个波段同时成像，往往可以最大程度地提高目标与背景的对比度，同时减少探测和数据处理的时间，适用于需要快速目标探测的应用场合。但是，现有的成像光谱技术主要使用的分光方式包括棱镜、光栅、渐变滤光片、傅里叶变换等，光谱响应在器件加工完成或系统组装后就固定下来，不具备可调节性。因此，目前国内外尚未出现成像光谱仪光谱响应可调节的报道。

声光可调谐滤波器是一种新的应用于成像光谱技术的分光方式，具有全固态、坚固、紧凑、无移动部件、响应速度快、环境适应性好、易于控制和集成等诸多优点。声光可调谐滤波器基于弹光效应的原理，当一束复色光通过一个高频振动的具有光学弹性的晶体时，某一波长的光波矢将会在晶体内部发生衍射，以一定角度从晶体中透射出来。当晶体振动频率改变时，衍射中心波长也相应改变。但是，当声光可调谐滤波器加工完成后，各波长对应的光谱分辨率、光谱响应曲线形状等同样是固定的，其器件本身也无法实现光谱响应的调节。

根据声光可调谐滤波器的工作原理，当对其同时施加多个频率的驱动信号时，会产生多个衍射波段。当各驱动频率间隔较小时，相邻衍射波段部分重合，叠加为一个带宽扩展的光谱波段，并且各衍射波段的衍射效率受对应的射频驱动信号功率的控制。因此，可以通过控制驱动频率个数、频率间隔以及功率实现光谱响应电调节。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种多频率驱动声光可调谐滤波器实现光谱响应电调节的装置，解决成像光谱遥感中面向目标特性的适应性问题。

(1)装置结构及功能

本发明的装置如图1所示，主要包括控制器1、多通道射频发生器2、射频合路器3、功率放大器4、声光可调谐滤波器5。控制器1可以是台式计算机、便携式计算机、片上计算机、专用控制芯片等，用于控制多通道射频发生器2产生多个不同频率的射频驱动信号。多通道射频发生器的通道数大于2，各通道信号的开/关、频率、功率均由控制器1分别控制。各路驱动频率经过射频合路器3合成以及功率放大器4放大后，驱动声光可调谐滤波器5。声光可调谐滤波器可以选择不同的光谱范围，例如可见近红外(400～1000nm)、短波红外(1000nm～2500nm)或中波红外(3um～5um)等。6为入射光，如目标反射或自发辐射的复色光。入射光中与任一驱动频率满足动量匹配条件的光波矢都将发生衍射，形成衍射光7。其余未发生衍射的光沿原路径传播。

通过本发明所述装置实现光谱响应电调节的具体方法包括多波段任意组合、光谱分辨率的调节以及光谱响应曲线形状的调节。

(2)多波段任意组合

当施加单频驱动信号时，7为具有一定中心波长及带宽的准单色光；同时施加多个间隔较大的驱动频率，7为具有多个离散波段的复色光，如图2所示：

①单独施加频率为f₁的驱动信号，中心波长为λ₁的波段发生衍射。

②单独施加频率为f₂的驱动信号，中心波长为λ₂的波段发生衍射。

③同时施加两个离散且间隔较大的驱动频率f₁和f₂时，7中也包含了两个离散波段，如图2(b)所示。

④依此类推，对声光可调谐滤波器同时施加多个驱动频率，7中将包含多个对应的波段。

(3)光谱分辨率的调节

减小各驱动频率的间隔，使相邻衍射波段部分重合，叠加为一个带宽扩展的光谱波段，即可以改变光谱分辨率，其原理如图3所示：

①单独施加频率为f₁的驱动信号，衍射中心波长为λ₁，光谱分辨率为Δλ₁。