[发明专利]一种基于异型浸入式光栅的超分辨偏振光谱成像装置

说明书

本发明公开了一种基于异型浸入式光栅的超分辨偏振光谱成像装置，包括：入射狭缝、准直镜‑聚焦透镜、异型浸入式光栅、聚焦透镜和探测器；入射狭缝设置在准直镜‑聚焦透镜前方；异型浸入式光栅设置在准直镜‑聚焦透镜后方；聚焦透镜设置在异型浸入式光栅的反射光路上；探测器的数量为多个；探测器设置于聚焦透镜的后方和准直镜‑聚焦透镜的前方；其中，异型浸入式光栅为基于Brewster角的异型浸入式光栅。本发明利用Brewster角的起偏特性获取线偏振光从而将起偏器和光栅合二为一；可将光谱分辨率提高n²倍，n为异型浸入式光栅的材料的折射率，可将浸入式光栅的应用优势从红外谱段拓展到材料折射率相对较低的可见光谱段。

技术领域

本发明属于偏振光谱信息技术领域领域，特别涉及一种基于异型浸入式光栅(A-IG光栅，Anamorphic Immersion Grating)的超分辨偏振光谱成像装置。

背景技术

很多遥感观测任务，尤其是那些针对于监视地球大气成分的任务，通常需要有超精细光谱数据来反演分析地球大气的散射、透射和吸收光谱，这就要求仪器具有非常高的光谱分辨率，该类光谱仪通常选用光栅作为色散元件。由光栅分光的原理可知，在利用其高分辨本领以及宽谱段范围优势的同时，高的光谱分辨率必然导致大的光学系统尺寸。如果光栅可以提供一个较大的光谱角色散，那么就可以减小光栅的尺寸，从而降低整台设备的尺寸和重量——这就是IG的特点。

IG相较于经典反射光栅可将光谱的角色散大幅提高，即可增大色散角，在相对孔径F/数相同的情况下，作为光瞳的光栅尺寸也随焦距的减小而线性减小，与此同时仍然能够达到指标要求的光谱分辨本领。在实现相同或相近分辨本领的前提下，IG尺寸较经典反射光栅线尺寸缩小至1/n，其中n为浸入式介质的折射率。目前常用的浸入式材料为硅、锗等，折射率分别约为3.4及4。

Dekker于1987年提出可以用异型浸入式光栅(A-IG,Anamorphic ImmersionGrating)来进一步提高光谱分辨率。之后一些学者也提到这样的概念及应用，但是目前对于浸入模式的应用还是以垂直入射平面为主，出现了各种基于IG的光谱设备，而对于A-IG应用较少。

由于IG及A-IG的光谱分辨率提高与材料的折射率成比例，而红外谱段材料的折射率较高，IG模式可以大幅提高其光谱分辨率，但是对于可见光谱段，材料的折射率相对较低，IG的优势不明显，也因此，目前IG多用于红外谱段。但是A-IG可以在IG的基础上进一步提高光谱分辨率，这将有利于将浸入式模式的优势拓展应用到可见光谱段。基于IG或A-IG的偏振光谱设备，其光谱信息及偏振信息通常是由两个不同的子元件分别获取的。目前对于A-IG的应用研究尚未深入，尤其是利用Brewster角的起偏特性获取线偏振光从而将起偏器和光栅合二为一的方案尚未出现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于异型浸入式光栅的超分辨偏振光谱成像装置，以解决上述存在的技术问题。本发明利用Brewster角的起偏特性获取线偏振光，从而将起偏器和光栅合二为一；可将光谱分辨率提高n²倍，n为异型浸入式光栅的材料的折射率，可将浸入式光栅的应用优势从红外谱段拓展到材料折射率相对较低的可见光谱段。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：