高通量双折射干涉成像光谱仪装置及其成像方法与流程

本发明属于光学成像领域，具体涉及一种高通量双折射干涉成像光谱仪装置及其成像方法。

背景技术：

干涉高光谱成像技术通过在成像系统中加入干涉器获取成像目标的干涉光强信息，利用傅里叶变换复原出成像目标的光谱数据立方体，具有高光通量、高空间分辨率和高光谱分辨率的优点，在遥感成像、资源勘探、环境监测等领域具有很大的应用潜力。光通量是在高光谱成像中一项重要的仪器指标，提高光通量能够提高系统信噪比，有利于提高光谱复原精度。

近年来，国内外对该类高光谱成像技术进行了研究。其中，基于Sagnac干涉器的高通量干涉成像光谱技术，该类技术方案损失至少一半的光通量；基于Wollaston棱镜干涉器的技术方案，光通量一般小于25%；基于Savart棱镜的双折射型干涉成像光谱仪，光通量一般小于25%，因此光机系统信噪比较难提升。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高通量双折射干涉成像光谱仪装置及其成像方法，利用平行分束偏光棱镜提高光通量，解决了传统双折射干涉成像光谱技术方案中光通量损失较大的技术问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高通量双折射干涉成像光谱仪装置，包括共光轴依次设置的前置成像物镜、光阑、准直物镜、第一平行分束偏光棱镜、第一Wollaston棱镜、第二Wollaston棱镜、第二平行分束偏光棱镜、成像物镜和探测器，所述各光学元件相对于成像装置底座等高。

来自目标的入射光束通过前置成像物镜成像在光阑上，随后经过准直物镜，形成准直光束，以准直光束形式入射到第一平行分束偏光棱镜，第一平行分束偏光棱镜将入射光束分成偏振面相互垂直的两束线偏振光，且两束线偏振光平行输出，其中一束沿入射方向传播，另一束则相对于原方向有一平移，形成剪切差；这两条线偏振光束经过第一Wollaston棱镜分别被分成两条分开一定角度的o光和e光，这四条光束经过第二Wollaston棱镜后o光变为e光，e光变为o光，且四束光互相平行；经过第二平行分束偏光棱镜后，每条线偏振光束被分成偏振面相互垂直的两束线偏振光，并形成剪切差；这八条光束经过成像物镜后会聚于探测器靶面上发生干涉。

基于所述的双折射干涉成像光谱仪装置的成像方法，方法步骤如下：

第一步，来自目标的入射光束通过前置成像物镜成像在光阑上，随后经过准直物镜，形成准直光束，以准直光束形式入射到第一平行分束偏光棱镜，第一平行分束偏光棱镜把准直光束分解成两条偏振面相互垂直的两束线偏振光，且两束线偏振光平行输出，其中一束沿入射方向传播，另一束则相对于原方向有一平移，形成剪切差。

第二步，上述两束线偏振光经过第一Wollaston棱镜分别被分解成分开一定角度的o光和e光，共四条偏振光束。

第三步，四条偏振光束经过第二Wollaston棱镜后偏振态发生变化，o光变为e光，e光变为o光，同时这四条光束相互平行。

第四步，第三步中的四条线偏振光经过第二平行分束偏光棱镜，每条光束均被分解成两条偏振面相互垂直的两束线偏振光，传播方向平行且具有一定剪切差，形成八条线偏振光束。

第五步，上述八条线偏振光束经过成像物镜后会聚于探测器靶面上发生干涉，由探测器获得目标的干涉图像信息，对干涉图像信息进行数据提取，再经过光谱复原处理即复原出目标的光谱信息。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）引入平行分束偏光棱镜，相比于传统的双折射干涉成像光谱系统，光通量提高到50%以上。

（2）干涉信息的叠加提高了系统信噪比，有利于提高光谱复原精度。

附图说明

图1为本发明高通量双折射干涉成像光谱仪装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种高通量双折射干涉成像光谱仪装置，其特征在于：包括共光轴依次设置的前置成像物镜1、光阑2、准直物镜3、第一平行分束偏光棱镜4、第一Wollaston棱镜5、第二Wollaston棱镜6、第二平行分束偏光棱镜7、成像物镜8和探测器9，所述各光学元件相对于成像装置底座等高。

将目标设置在成像物镜1前方，来自目标的入射光束通过前置成像物镜1成像在光阑2上，随后经过准直物镜3，形成准直光束，以准直光束形式入射到第一平行分束偏光棱镜4，第一平行分束偏光棱镜4将入射光束分成偏振面相互垂直的两束线偏振光，且两束线偏振光平行输出，其中一束沿入射方向传播，另一束则相对于原方向有一平移，形成剪切差；这两条线偏振光束经过第一Wollaston棱镜5分别被分成两条分开一定角度的o光和e光，这四条光束经过第二Wollaston棱镜6后o光变为e光，e光变为o光，且四束光互相平行；经过第二平行分束偏光棱镜7后，每条线偏振光束被分成偏振面相互垂直的两束线偏振光，并形成剪切差；这八条光束经过成像物镜8后会聚于探测器9靶面上发生干涉。

上述第一平行分束偏光棱镜4与第二平行分束偏光棱镜7均沿着光轴（即x轴）向z轴负方向旋转。

所述第一Wollaston棱镜5的第一片棱镜光轴与第二Wollaston棱镜6的第二片棱镜光轴平行。

基于双折射干涉成像光谱仪装置的成像方法，方法步骤如下：

第一步，来自目标的入射光束通过前置成像物镜1成像在光阑2上，随后经过准直物镜3，形成准直光束，以准直光束形式入射到第一平行分束偏光棱镜4，第一平行分束偏光棱镜4把准直光束分解成两条偏振面相互垂直的两束线偏振光，且两束线偏振光平行输出，其中一束沿入射方向传播，另一束则相对于原方向有一平移，形成剪切差；

第二步，上述两束线偏振光经过第一Wollaston棱镜5分别被分解成分开一定角度的o光和e光，共四条偏振光束；

第三步，四条偏振光束经过第二Wollaston棱镜6后偏振态发生变化，o光变为e光，e光变为o光，同时这四条光束相互平行；

第四步，第三步中的四条线偏振光经过第二平行分束偏光棱镜7，每条光束均被分解成两条偏振面相互垂直的两束线偏振光，传播方向平行且具有一定剪切差，形成八条线偏振光束；

第五步，上述八条线偏振光束经过成像物镜8后会聚于探测器9靶面上发生干涉，由探测器9获得目标的干涉图像信息，对干涉图像信息进行数据提取，再经过光谱复原处理即复原出目标的光谱信息。