[发明专利]基于时空联合调制和MZI光波导阵列的成像光谱仪

摘要

本发明公开了一种基于时空联合调制和MZI光波导阵列的成像光谱仪。采用无狭缝成像系统，包括前置镜以及一层干涉光谱仪芯片或者多层干涉光谱仪芯片相层叠而成的三维芯片，每层干涉光谱仪芯片包括主要由模斑转换器阵列、MZI阵列和探测器阵列依次连接而成的光波导结构，MZI阵列由具有不同干涉臂差的MZI平行排列而成，每个MZI的输入端口在成像像面上接收平行于推扫图像区域上同一排或列的像元信号。本发明既简化了光路的复杂程度，又极大减轻了成像光谱仪的重量和体积，具有高集成度和高稳定性，并大大提升了系统的入射光通量，使得成像光谱仪小型化、轻型化。

主权项

1.一种基于时空联合调制和MZI光波导阵列的成像光谱仪，其特征在于：包括前置镜(1)以及一层干涉光谱仪芯片(3)或者多层干涉光谱仪芯片(3)相层叠而成的三维芯片(8)，每层干涉光谱仪芯片(3)包括主要由模斑转换器阵列(4)、MZI阵列(5)和探测器阵列(6)依次连接而成的光波导结构，MZI阵列(5)由N个具有不同干涉臂差的MZI平行排列而成，每个MZI有输入端口，所有MZI有N个等间隔排列的输入端口，N个输入端口在前置镜(1)的成像像面上接收平行于推扫图像区域上同一排或列的N个像元信号；所述成像光谱仪具体为以下三种之一：第一种成像光谱仪：包括前置镜(1)、一层干涉光谱仪芯片(3)和压电马达(2)，一层干涉光谱仪芯片(3)置于前置镜(1)的成像像面上，压电马达(2)连接干涉光谱仪芯片(3)，压电马达(2)控制沿成像像面的列方向平行移动；模斑转换器阵列(4)中各个模斑转换器的输入端口对准接收成像像面上沿排方向的各个像元的光信号，MZI阵列(5)中MZI间的输入端口间距与成像像面沿排方向的像元间的间距相同；干涉光谱仪芯片(3)沿着成像像面的列方向通过压电马达(2)控制其运动，使得干涉光谱仪芯片(3)分别对准成像像面不同排的像元进行扫描，从而使得一个成像周期内接收成像像面全部的像元信号；成像像面的排方向平行于推扫方向，列方向垂直于推扫方向，下一个成像周期沿推扫方向移动一个像元距离再次进行扫描，从而使得所针对图像采集对象的每个像元位置均经过多个成像周期在全视场被成像接收，每次经过不同干涉臂差的MZI，获得完整的干涉图；第二种成像光谱仪：包括前置镜(1)、由多片相同的干涉光谱仪芯片(3)层叠粘接形成的三维芯片(8)，三维芯片(8)置于前置镜(1)的成像像面上，每片干涉光谱仪芯片(3)中有N个干涉臂差不同的MZI阵列(5)；一片干涉光谱仪芯片(3)的模斑转换器阵列(4)中各个模斑转换器的输入端口对准接收成像像面上沿排方向的各个像元的光信号，MZI阵列(5)中MZI间的输入端口间距与成像像面沿排方向的像元间的间距相同；三维芯片(8)的多片干涉光谱仪芯片(3)层叠方向对准接收成像像面上沿列方向的各个像元的光信号，干涉光谱仪芯片(3)之间对应的输入端口的间距与成像像面沿列方向的像元间的间距相同；三维芯片(8)上各个模斑转换器构成对准成像像面上各个像元信号的一平面，从而使得三维芯片(8)一个成像周期内接收成像像面全部的像元信号；成像像面的排方向平行于推扫方向，列方向垂直于推扫方向，下一个成像周期沿推扫方向移动一个像元距离再次进行扫描，从而使得所针对图像采集对象的每个像元位置均经过多个成像周期在全视场被成像接收，每次经过不同干涉臂差的MZI，获得完整的干涉图；第三种成像光谱仪：包括前置镜(1)、由多片干涉光谱仪芯片(3)层叠粘接形成的三维芯片(8)，三维芯片(8)置于前置镜(1)的成像像面上，每片干涉光谱仪芯片(3)中有干涉臂差均相同的MZI阵列(5)，各片干涉光谱仪芯片(3)的MZI阵列(5)的干涉臂差均不相同；一片干涉光谱仪芯片(3)的模斑转换器阵列(4)中各个模斑转换器的输入端口对准接收成像像面上沿列方向的各个像元的光信号，MZI阵列(5)中MZI间的输入端口间距与成像像面沿排方向的像元间的间距相同；三维芯片(8)的多片干涉光谱仪芯片(3)层叠方向对准接收成像像面上沿排方向的各个像元的光信号，干涉光谱仪芯片(3)之间对应的输入端口的间距与成像像面沿列方向的像元间的间距相同；三维芯片(8)上各个模斑转换器构成对准成像像面上各个像元信号的一平面，从而使得三维芯片(8)一个成像周期内接收成像像面全部的像元信号；成像像面的排方向平行于推扫方向，列方向垂直于推扫方向，下一个成像周期沿推扫方向移动一个像元距离再次进行扫描，从而使得所针对图像采集对象的每个像元位置均经过多个成像周期在全视场被成像接收，每次经过不同干涉臂差的MZI，获得完整的干涉图。