[发明专利]一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪

说明书

一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，是一种获取被测物宽波段范围、高光谱分辨率数据的仪器，主要包括反射式准直光学系统、前置偏振片、声光可调谐滤波器、后置偏振片、分色片、色差校正棱镜、反射镜、滤光片、后置成像镜头、面阵探测器和主控系统。宽波段声光可调谐滤波器采用两个压电换能器分别工作于两个波段范围，导致衍射光光学特性不一致。该仪器利用分色片实现两个波段的空间分离，并分别用色差校正棱镜对横向色差进行高精度校正，抑制光谱图像随波段变化在声光互作用方向漂移的现象。本发明是一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，通过光学设计校正了横向色差，提高了光谱数据的准确性。

所属技术领域

本发明涉及一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，属于光谱遥感仪器领域。

背景技术

声光画幅式成像光谱仪采用声光可调谐滤波器作为分光器件，具有完全电控、无运动部件、波段调谐快、可靠性好、体积小巧等特点，在精确农业、军事侦察和环境监测等领域具有广泛的应用。声光可调谐滤波器由声光晶体、压电换能器、吸声体三部分组成。当对压电换能器施加射频信号后，产生超声波，进入声光晶体并形成折射率光栅，可使入射偏振光中的某一窄带波段光束产生衍射，并使其偏振态与入射光正交。衍射光的波长随射频驱动信号的频率改变而改变，从而可以实现高光谱数据的获取。

由于声光可调谐滤波器的作用机理，导致不同波段的光束具有不同的出射角度，使光谱图像在声光互作用方向产生移动，称为横向色差。对于一般的声光可调谐滤波器，目前已有的横向色差校正方法可以达到高精度校正效果。由于宽波段覆盖范围的声光可调谐滤波器具有两个压电换能器，它们所衍射的波段具有不同的光学特性，光线出射角度产生跳变，传统的横向色差校正方法效果不佳。严重的横向色差使得各波段图像上同一像素点对应于不同地物，即产生光谱失配。利用这些未经校正的数据进行光谱复原时就会产生失真，最终影响地物类型的诊断和定量反演精度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：设计了一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，并针对宽波段声光可调谐滤波器双压电换能器的结构特点，解决了其横向色差高精度校正的问题。

本发明的技术解决方案是：一种宽波段高光谱分辨率声光画幅式成像光谱仪，其包括：

反射式准直光学系统：位于成像光谱仪的最前端，采用反射式结构，实现入射光线的准直及压缩视场角的目的，以满足声光可调谐滤波器的角孔径要求；

前置偏振片：位于反射式准直光学系统之后，用于实现入射光束的起偏；

声光可调谐滤波器：位于前置偏振片之后，具有双压电换能器(压电换能器1工作于波段1，压电换能器2工作于波段2)，通过对其施加特定频率电信号后，将入射偏振光的某一窄带波段按调谐关系衍射并改变其偏振态，衍射光(1级光)与未衍射的入射光(0级光)偏振态正交。

后置偏振片：位于声光可调谐滤波器之后，透偏方向与前置偏振片正交，用于消除出射光线中的0级光，使得只有1级光可以进入后续光学系统；

分色片：位于偏振分光片之后，45°放置，其过渡波长等于波段1与波段2的相邻波长，实现1级光以过渡波长为界，在空间上分为两个通道；

通道1：位于分色片的反射方向之后，由色差校正棱镜1和反射镜1组成，用于校正波段1的横向色差，并折叠光路；

通道2：位于分色片的透射方向之后，由色差校正棱镜2和反射镜2组成，用于校正波段2的横向色差，并折叠光路；

滤光片：位于通道1和通道2之后，与分色片平行放置，用于实现两个通道的光路合并；

后置成像镜头：位于滤光片之后，用于光路合并后的1级光成像；

面阵探测器：位于后置成像镜头之后，获取光谱图像数据；