專利名稱：偏振干涉成像光譜系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學成像光譜系統(tǒng)技術領域，尤其涉及一種新型的基于多層渥拉斯頓棱鏡組的偏振干涉成像光譜系統(tǒng)。
背景技術：
基于雙折射晶體為分光元件的干涉成像光譜技術又稱為偏振干涉成像光譜技術， 與其它成像光譜技術相比，其最突出的優(yōu)點有兩個一是它保證了高分辨率的前提下具有 較大的光通量，解決了色散型成像光譜技術無法克服的高分辨率與大光通量之間的矛盾； 二是共光路，抗干擾和震動能力強。在基于雙折射晶體為分光元件的偏振干涉成像光譜技術中，雙折射晶體一般采用 Savart偏光鏡和渥拉斯頓棱鏡，其中多采用渥拉斯頓棱鏡。它由兩個相同的光楔組成，他們 膠合在一起組成一個平行平板。兩個光楔中的光軸與外表面平行且彼此垂直，經過渥拉斯 頓棱鏡的線偏振光將在棱鏡內部的膠合面上分成兩個振動方向相互垂直的尋常光(ο光) 和非尋常光(e光)，沿不同方向行進。兩束光的光程差χ隨光線離渥拉斯頓棱鏡中心光軸 的距離d不同而不同，見下式χ = 2d (ne-n0) tan θ(1)其中，θ是楔角，n。、ne分別是尋常光(ο光)和非尋常光(e光)的折射率。楔角、 ο光和e光的折射率是固定的，而光線離渥拉斯頓棱鏡中心光軸的距離d是可變的，d最大 值為棱鏡頂部到棱鏡中心光軸的距離，則2d = L，L為渥拉斯頓棱鏡的長度。因此，渥拉斯 頓棱鏡的最大光程差是Xmax = L(ne-n0)tan6(2)偏振干涉成像光譜技術的分辨率Δ ν與最大光程差成Xmax反比Δ ν = l/2xmax(3)因此，要提高偏振干涉成像光譜技術的分辨率，渥拉斯頓棱鏡就得有很大的長度 L和大的楔角θ，但是現實中棱鏡尺寸和楔角由于工藝技術和成本的限制而不能無限增大 (L 一般小于1.00mm，θ也不能太大)。為了解決這個問題，2004年Pennsylvania州立大 學的Dan Komisarek等人提出可以用多個楔角相同的渥拉斯頓棱鏡粘合在一起組成一個渥 拉斯頓棱鏡組來代替單個渥拉斯頓棱鏡的方法。這樣一來不僅可以提高光譜分辨率，還可 以增大通光面積。但是這種方法只能夠提供目標的光譜信息，而沒有獲取到目標的空間信 息。然而在許多情況下，如領土勘測、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等方面，不僅需要獲得目標的光譜 信息，更需要獲得目標的空間信息。

發(fā)明內容
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種光路簡單、結構簡單、能夠增大光通量和 提高光譜分辨率的基于多層渥拉斯頓棱鏡組的新型偏振干涉成像光譜系統(tǒng)。用于實現上述發(fā)明目的的技術解決方案如下
所述新型偏振干涉成像光譜系統(tǒng)由沿目標輻射光向同軸依次設置的前置光學系統(tǒng)、偏振干涉儀、成像系統(tǒng)、CCD探測器以及聯接的計算機信號處理系統(tǒng)組成。其中前置光 學系統(tǒng)由透鏡、入射狹縫、準直透鏡組成；偏振干涉儀由起偏器、多層渥拉斯頓棱鏡組、檢偏 器組成；成像系統(tǒng)由成像透鏡和柱面透鏡組成。所述偏振干涉儀中的多層渥拉斯頓棱鏡組由一塊長渥拉斯頓棱鏡切割成兩塊楔 角相同、幾何尺寸完全相同的子棱鏡上下疊加粘合而成。通過加工后的渥拉斯頓棱鏡組，長度由L變成了 2L，因此，前面提到過的最大光程 差變?yōu)?lt;formula>formula see original document page 4</formula>(4)相應的光譜分辨率Δ 7變?yōu)?lt;formula>formula see original document page 4</formula>(5)光譜分辨率得到提高，提高的倍數與疊加的塊數成正比。但是由于工藝技術的限 制，不能通過無限疊加來提高光譜分辨率，疊加塊數最多只能是5塊。本發(fā)明中通過疊加了 兩塊渥拉斯頓棱鏡將光譜分辨率提高了 2倍。本發(fā)明采用了切割單個渥拉斯頓棱鏡組成多層渥拉斯頓棱鏡組的方法，提高了光 譜分辨率；其實際上是將干涉圖“折疊”到CCD探測器上的不同行上收集，從而克服了部分 情況下CCD接受尺寸大小不夠的問題；通過采用狹縫使后期圖像處理更加方便、簡單，并減 少了雜散光。


下面結合附圖對本發(fā)明作詳細說明圖1為本發(fā)明的原理結構圖；圖2為偏振干涉儀的結構圖；圖3為多層渥拉斯頓棱鏡組制作圖。附圖標記1-前置光學系統(tǒng)2-偏振干涉儀3-成像系統(tǒng)4-CXD探測器5-計算機信號處理系統(tǒng)6-透鏡7-入射狹縫8-準直透鏡9-起偏器10-多層渥拉斯頓棱鏡組11-檢偏器12-成像透鏡13-柱面透鏡14-長渥拉斯頓棱鏡15-第一子棱鏡16-第二子棱鏡
具體實施例方式參見附圖1，一種新型的偏振干涉成像光譜系統(tǒng)包括前置光學系統(tǒng)1、偏振干涉儀 2、成像系統(tǒng)3、CXD探測器4以及聯接的計算機信號處理系統(tǒng)5。前置光學系統(tǒng)1包括一個透鏡6、一個入射狹縫7、一個準直透鏡8，其作用是將目 標發(fā)出的輻射光進行收集、擴束和準直。如附圖3所示，偏振干涉儀2包括起偏器9、多層渥拉斯頓棱鏡組10、檢偏器11，多 層渥拉斯頓棱鏡組10由一塊長渥拉斯頓棱鏡14切割成兩塊楔角相同、幾何尺寸完全相同 的子棱鏡15和子棱鏡16上下疊加粘合而成；起偏器9的偏振化方向與光軸成45°，檢偏 器11的偏振化方向與光軸成45° (與起偏器的偏振化方向成90° )。
由前置光學系統(tǒng)1收集并擴束準直的目標輻射光進過起偏器9后變成線偏振光， 然后入射到多層渥拉斯頓棱鏡組10，經過多層渥拉斯頓棱鏡組10的線偏振光將在棱鏡內 部的膠合面上分成兩個偏振方向相互垂直的尋常光(O光)和非尋常光(e光)，沿不同方向 行進，即是兩個偏振方向相互垂直的線偏振光。這兩束線偏振光在多層渥拉斯頓棱鏡組10 內部的膠合面上發(fā)生干涉，產生干涉條紋。參見附圖1，成像系統(tǒng)3包括一個成像透鏡12和一個柱面透鏡13，其作用是將多層渥拉斯頓棱鏡組10內部膠合面處的干涉條紋成像到CCD探測器4上。CXD探測器將探測到的干涉條紋輸入計算機5進行處理，對干涉條紋進行傅里葉 變換，獲得目標的一維空間信息和光譜信息，這里的一維空間信息的方向是沿著狹縫7的 方向；對于垂直于狹縫7方向的目標的空間信息，通過橫向移動狹縫7來對目標進行掃描獲 得，最終得到目標的二維空間信息和一維光譜信息，通過后期軟件處理對目標圖像進行復 原，得到目標圖像。
權利要求
一種基于多層渥拉斯頓棱鏡組的偏振干涉成像光譜系統(tǒng)，采用渥拉斯頓棱鏡作為分光元件，其特征在于，所述系統(tǒng)使用由一塊長渥拉斯頓棱鏡(14)切割成的兩塊第一子棱鏡(15)和第二子棱鏡(16)疊加粘合形成的多層渥拉斯頓棱鏡組(10)作為分光元件；所述系統(tǒng)由沿目標輻射光向同軸依次設置的前置光學系統(tǒng)(1)、偏振干涉儀(2)、成像系統(tǒng)(3)、CCD探測器(4)以及與CCD探測器(4)連接的計算機信號處理系統(tǒng)(5)組成；其中，所述前置光學系統(tǒng)(1)由透鏡(6)、入射狹縫(7)、準直透鏡(8)組成；所述偏振干涉儀(2)由起偏器(9)、多層渥拉斯頓棱鏡組(10)、檢偏器(11)組成；所述成像系統(tǒng)(3)由成像透鏡(12)和柱面透鏡(13)組成。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一子棱鏡(15)和第二子棱鏡(16)的 楔角相同。
3.如權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一子棱鏡(15)和第二子棱鏡(16)的通光面的幾何尺寸相同。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多層渥拉斯頓棱鏡組(10)最多可為5層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型的偏振干涉成像光譜系統(tǒng)，采用切割單個渥拉斯頓棱鏡組成多層渥拉斯頓棱鏡組的方法，提高了光譜分辨率；將干涉圖折疊到CCD探測器上的不同行上收集，從而克服了部分情況下CCD接受尺寸大小不夠的問題；通過采用狹縫使后期圖像處理更加方便簡單，并減少了雜散光。
文檔編號G01J3/45GK101819065SQ201010152298
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權日2010年4月16日
發(fā)明者馮其波, 林澤鳴, 陳筱磊, 高瞻 申請人:北京交通大學