专利名称：偏振干涉成像光谱系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光学成像光谱系统技术领域，尤其涉及一种新型的基于多层渥拉斯顿棱镜组的偏振干涉成像光谱系统。
背景技术：
基于双折射晶体为分光元件的干涉成像光谱技术又称为偏振干涉成像光谱技术， 与其它成像光谱技术相比，其最突出的优点有两个一是它保证了高分辨率的前提下具有 较大的光通量，解决了色散型成像光谱技术无法克服的高分辨率与大光通量之间的矛盾； 二是共光路，抗干扰和震动能力强。在基于双折射晶体为分光元件的偏振干涉成像光谱技术中，双折射晶体一般采用 Savart偏光镜和渥拉斯顿棱镜，其中多采用渥拉斯顿棱镜。它由两个相同的光楔组成，他们 胶合在一起组成一个平行平板。两个光楔中的光轴与外表面平行且彼此垂直，经过渥拉斯 顿棱镜的线偏振光将在棱镜内部的胶合面上分成两个振动方向相互垂直的寻常光(ο光) 和非寻常光(e光)，沿不同方向行进。两束光的光程差χ随光线离渥拉斯顿棱镜中心光轴 的距离d不同而不同，见下式χ = 2d (ne-n0) tan θ(1)其中，θ是楔角，n。、ne分别是寻常光(ο光)和非寻常光(e光)的折射率。楔角、 ο光和e光的折射率是固定的，而光线离渥拉斯顿棱镜中心光轴的距离d是可变的，d最大 值为棱镜顶部到棱镜中心光轴的距离，则2d = L，L为渥拉斯顿棱镜的长度。因此，渥拉斯 顿棱镜的最大光程差是Xmax = L(ne-n0)tan6(2)偏振干涉成像光谱技术的分辨率Δ ν与最大光程差成Xmax反比Δ ν = l/2xmax(3)因此，要提高偏振干涉成像光谱技术的分辨率，渥拉斯顿棱镜就得有很大的长度 L和大的楔角θ，但是现实中棱镜尺寸和楔角由于工艺技术和成本的限制而不能无限增大 (L 一般小于1.00mm，θ也不能太大)。为了解决这个问题，2004年Pennsylvania州立大 学的Dan Komisarek等人提出可以用多个楔角相同的渥拉斯顿棱镜粘合在一起组成一个渥 拉斯顿棱镜组来代替单个渥拉斯顿棱镜的方法。这样一来不仅可以提高光谱分辨率，还可 以增大通光面积。但是这种方法只能够提供目标的光谱信息，而没有获取到目标的空间信 息。然而在许多情况下，如领土勘测、工业控制、环境监测等方面，不仅需要获得目标的光谱 信息，更需要获得目标的空间信息。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种光路简单、结构简单、能够增大光通量和 提高光谱分辨率的基于多层渥拉斯顿棱镜组的新型偏振干涉成像光谱系统。用于实现上述发明目的的技术解决方案如下
所述新型偏振干涉成像光谱系统由沿目标辐射光向同轴依次设置的前置光学系统、偏振干涉仪、成像系统、CCD探测器以及联接的计算机信号处理系统组成。其中前置光 学系统由透镜、入射狭缝、准直透镜组成；偏振干涉仪由起偏器、多层渥拉斯顿棱镜组、检偏 器组成；成像系统由成像透镜和柱面透镜组成。所述偏振干涉仪中的多层渥拉斯顿棱镜组由一块长渥拉斯顿棱镜切割成两块楔 角相同、几何尺寸完全相同的子棱镜上下叠加粘合而成。通过加工后的渥拉斯顿棱镜组，长度由L变成了 2L，因此，前面提到过的最大光程 差变为<formula>formula see original document page 4</formula>(4)相应的光谱分辨率Δ 7变为<formula>formula see original document page 4</formula>(5)光谱分辨率得到提高，提高的倍数与叠加的块数成正比。但是由于工艺技术的限 制，不能通过无限叠加来提高光谱分辨率，叠加块数最多只能是5块。本发明中通过叠加了 两块渥拉斯顿棱镜将光谱分辨率提高了 2倍。本发明采用了切割单个渥拉斯顿棱镜组成多层渥拉斯顿棱镜组的方法，提高了光 谱分辨率；其实际上是将干涉图“折叠”到CCD探测器上的不同行上收集，从而克服了部分 情况下CCD接受尺寸大小不够的问题；通过采用狭缝使后期图像处理更加方便、简单，并减 少了杂散光。
下面结合附图对本发明作详细说明图1为本发明的原理结构图；图2为偏振干涉仪的结构图；图3为多层渥拉斯顿棱镜组制作图。附图标记1-前置光学系统2-偏振干涉仪3-成像系统4-CXD探测器5-计算机信号处理系统6-透镜7-入射狭缝8-准直透镜9-起偏器10-多层渥拉斯顿棱镜组11-检偏器12-成像透镜13-柱面透镜14-长渥拉斯顿棱镜15-第一子棱镜16-第二子棱镜
具体实施例方式参见附图1，一种新型的偏振干涉成像光谱系统包括前置光学系统1、偏振干涉仪 2、成像系统3、CXD探测器4以及联接的计算机信号处理系统5。前置光学系统1包括一个透镜6、一个入射狭缝7、一个准直透镜8，其作用是将目 标发出的辐射光进行收集、扩束和准直。如附图3所示，偏振干涉仪2包括起偏器9、多层渥拉斯顿棱镜组10、检偏器11，多 层渥拉斯顿棱镜组10由一块长渥拉斯顿棱镜14切割成两块楔角相同、几何尺寸完全相同 的子棱镜15和子棱镜16上下叠加粘合而成；起偏器9的偏振化方向与光轴成45°，检偏 器11的偏振化方向与光轴成45° (与起偏器的偏振化方向成90° )。
由前置光学系统1收集并扩束准直的目标辐射光进过起偏器9后变成线偏振光， 然后入射到多层渥拉斯顿棱镜组10，经过多层渥拉斯顿棱镜组10的线偏振光将在棱镜内 部的胶合面上分成两个偏振方向相互垂直的寻常光(O光)和非寻常光(e光)，沿不同方向 行进，即是两个偏振方向相互垂直的线偏振光。这两束线偏振光在多层渥拉斯顿棱镜组10 内部的胶合面上发生干涉，产生干涉条纹。参见附图1，成像系统3包括一个成像透镜12和一个柱面透镜13，其作用是将多层渥拉斯顿棱镜组10内部胶合面处的干涉条纹成像到CCD探测器4上。CXD探测器将探测到的干涉条纹输入计算机5进行处理，对干涉条纹进行傅里叶 变换，获得目标的一维空间信息和光谱信息，这里的一维空间信息的方向是沿着狭缝7的 方向；对于垂直于狭缝7方向的目标的空间信息，通过横向移动狭缝7来对目标进行扫描获 得，最终得到目标的二维空间信息和一维光谱信息，通过后期软件处理对目标图像进行复 原，得到目标图像。
权利要求
一种基于多层渥拉斯顿棱镜组的偏振干涉成像光谱系统，采用渥拉斯顿棱镜作为分光元件，其特征在于，所述系统使用由一块长渥拉斯顿棱镜(14)切割成的两块第一子棱镜(15)和第二子棱镜(16)叠加粘合形成的多层渥拉斯顿棱镜组(10)作为分光元件；所述系统由沿目标辐射光向同轴依次设置的前置光学系统(1)、偏振干涉仪(2)、成像系统(3)、CCD探测器(4)以及与CCD探测器(4)连接的计算机信号处理系统(5)组成；其中，所述前置光学系统(1)由透镜(6)、入射狭缝(7)、准直透镜(8)组成；所述偏振干涉仪(2)由起偏器(9)、多层渥拉斯顿棱镜组(10)、检偏器(11)组成；所述成像系统(3)由成像透镜(12)和柱面透镜(13)组成。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一子棱镜(15)和第二子棱镜(16)的 楔角相同。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第一子棱镜(15)和第二子棱镜(16)的通光面的几何尺寸相同。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多层渥拉斯顿棱镜组(10)最多可为5层。
全文摘要
本发明公开了一种新型的偏振干涉成像光谱系统，采用切割单个渥拉斯顿棱镜组成多层渥拉斯顿棱镜组的方法，提高了光谱分辨率；将干涉图折叠到CCD探测器上的不同行上收集，从而克服了部分情况下CCD接受尺寸大小不够的问题；通过采用狭缝使后期图像处理更加方便简单，并减少了杂散光。
文档编号G01J3/45GK101819065SQ201010152298
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月16日 优先权日2010年4月16日
发明者冯其波, 林泽鸣, 陈筱磊, 高瞻 申请人:北京交通大学
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