一种高调制度傅立叶变换光谱获取方法及光谱仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高调制度傅立叶变换光谱获取方法及光谱仪，其中，所述方法包括：将宽波段光谱进行色散后得到连续的单色光；对所述单色光谱进行干涉测量得到高调制的单色光干涉图。通过色散元件实现宽波段光谱的连续单色分光，且干涉图在长光程差处的调制度高，实现结构稳定、宽波段、高调制度傅里叶变换光谱仪。
【专利说明】一种高调制度傅立叶变换光谱获取方法及光谱仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学成像【技术领域】，尤其涉及一种高调制度傅立叶变换光谱获取方法及光谱仪。
【背景技术】
[0002]傅立叶变换光谱技术(又称为干涉光谱技术)作为现代光谱分析技术的一个重要手段，是光谱【技术领域】的一个研究重点，目前该技术的应用领域非常广泛，特别是在大气遥感领域，该技术以其高精度、高灵敏度、高光谱分辨率等优点，在物质分析、大气探测等诸多领域得到广泛应用。
[0003]相比较传统Michelson干涉仪，傅立叶变换光谱仪中没有运动部件，具有更好的稳定性和环境适应性。
[0004]目前的傅立叶变换光谱仪主要有两种，一种称为空间外差傅立叶变换光谱仪，一种称为空间调制傅立叶变换光谱仪。空间外差傅立叶变换光谱仪的优点是干涉图调制度高，光谱分辨率高，但是其缺点是测量光谱范围非常有限；空间调制傅立叶变换光谱仪的优点是测量光谱范围宽，但是其缺点是干涉图在长光程差处的调制度随光谱范围增加急剧下降，干涉调制信号被噪声淹没。在干涉图重构光谱过程中，为了降低噪声对重构光谱影响，通常需要进行滤波，这会降低光谱分辨率，同时导致重构光谱失真。
【发明内容】
[0005]本发明实施例的目的是提供一种高调制度傅立叶变换光谱获取方法及光谱仪，提高光谱调制度。
[0006]本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]一种高调制度傅立叶变换光谱获取方法，包括:
[0008]将宽波段光谱进行色散后得到连续的单色光；
[0009]对所述单色光谱进行干涉测量得到高调制的单色光干涉图。
[0010]一种高调制度傅立叶变换光谱仪，包括:
[0011]色散分光单元，用于将宽波段光谱进行色散后得到连续的单色光；
[0012]干涉测量单元，用于对所述单色光谱进行干涉测量得到高调制的单色光干涉图。
[0013]由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，通过色散元件实现宽波段光谱的连续单色分光，且干涉图在长光程差处的调制度高，实现结构稳定、宽波段、高调制度傅里叶变换光谱仪。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0015]图1为本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱获取方法的流程示意图。
[0016]图2为本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱仪构成示意图。
[0017]图3为本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱仪应用示意图。
[0018]图4为本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱仪中目标光谱示意图。
[0019]图5为本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱仪中干涉图与现有技术干涉图比较示意图，其中，图5a为现有技术空间调制傅立叶变换光谱仪干涉图，图5b为本发明高调制度傅立叶变换光谱仪探测器得到的干涉成像结果。
[0020]图6为图5b第一行的干涉图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0022]如图1所示，本发明实施例提供高调制度傅立叶变换光谱获取方法，包括:
[0023]步骤11、将宽波段光谱进行色散后得到连续的单色光；
[0024]步骤12、对所述单色光谱进行干涉测量得到高调制的单色光干涉图。
[0025]由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，通过色散元件实现宽波段光谱的连续单色分光，且干涉图在长光程差处的调制度高，实现结构稳定、宽波段、高调制度傅里叶变换光谱仪。
[0026]具体而言，宽波段是相对于窄波段而言，宽波段可以指450nm — 900nm波段范围，或者450nm—IOOOnm波段范围，等等。
[0027]具体而言，步骤11将宽波段光谱进行色散后得到连续的单色光，可以包括:
[0028]采用色散元件，将所述宽波段光进行色散后得到连续的单色光，所述色散元件包括光栅或者棱镜。
[0029]具体而言，步骤12对所述单色光谱进行干涉测量得到高调制的单色光干涉图，可以包括:
[0030]所述单色光谱经成像镜得到汇聚单色光；
[0031]所述汇聚单色光经横向剪切干涉仪后形成两束相干单色光；
[0032]所述相干单色光经傅立叶镜后汇聚得到准直单色光；
[0033]所述准直单色光经柱面镜后在探测器成像得到单色光干涉图。
[0034]对于本领域技术人员而言，成像镜、横向剪切干涉仪、傅立叶镜、柱面镜、探测器及其原理可以参考现有技术得以理解，在此不作赘述。
[0035]可见，通过色散元件实现宽波段光谱的连续单色分光，通过横向剪切干涉仪、傅立叶镜和柱面镜实现连续准单色光的高调制度干涉，而且，没有运动部件，具有更好的稳定性和环境适应性，实现结构稳定、宽波段、高调制度傅里叶变换光谱仪。
[0036]或者，步骤12对所述单色光谱进行干涉测量得到高调制的单色光干涉图，可以包括:[0037]所述单色光谱经Michelson干涉仪后形成两束相干单色光，所述Michelson干涉仪包括静止反射镜、运动反射镜以及分束镜；
[0038]所述相干单色光经傅立叶镜后在探测器处产生干涉成像，随着所述运动反射镜的连续平移，所述运动反射镜和所述静止反射镜间产生连续变化的光程差，所述探测器采样得到不同光程差处的单色光干涉图。
[0039]对于本领域技术人员而言，Michelson干涉仪、傅立叶镜、探测器及其原理可以参考现有技术得以理解，在此不作赘述。
[0040]如图2所示，对应上述实施例的高调制度傅立叶变换光谱获取方法，本发明实施例提供一种高调制度傅立叶变换光谱仪，包括:
[0041]色散分光单元21，用于将宽波段光谱进行色散后得到连续的单色光；
[0042]干涉测量单元22，用于对所述单色光谱进行干涉测量得到高调制的单色光干涉图。
[0043]由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，通过色散元件实现宽波段光谱的连续单色分光，且干涉图在长光程差处的调制度高，实现结构稳定、宽波段、高调制度傅里叶变换光谱仪。
[0044]具体而言，宽波段是相对于窄波段而言，宽波段可以指450nm — 900nm波段范围，或者450nm—IOOOnm波段范围，等等。
[0045]具体而言，色散分光单元21为色散元件，所述色散元件包括光栅或者棱镜。
[0046]具体而言，干涉测量单元22可以包括成像镜、横向剪切干涉仪、傅立叶镜以及柱面镜；
[0047]所述单色光谱经所述成像镜得到汇聚单色光；
[0048]所述汇聚单色光经所述横向剪切干涉仪后形成两束相干单色光；
[0049]所述相干单色光经所述傅立叶镜后汇聚得到准直单色光；
[0050]所述准直单色光经所述柱面镜后在所述探测器成像得到单色光干涉图。
[0051]对于本领域技术人员而言，成像镜、横向剪切干涉仪、傅立叶镜、柱面镜、探测器及其原理可以参考现有技术得以理解，在此不作赘述。
[0052]可见，通过色散元件实现宽波段光谱的连续单色分光，通过横向剪切干涉仪、傅立叶镜和柱面镜实现连续准单色光的高调制度干涉，而且，没有运动部件，具有更好的稳定性和环境适应性，实现结构稳定、宽波段、高调制度傅里叶变换光谱仪。
[0053]或者，干涉测量单元22可以包括Michelson干涉仪、傅立叶镜以及探测器；
[0054]所述单色光谱经所述Michelson干涉仪后形成两束相干单色光,所述Michelson干涉仪包括静止反射镜、运动反射镜以及分束镜；
[0055]所述相干单色光经所述傅立叶镜后在所述探测器处产生干涉成像，随着所述运动反射镜的连续平移，所述运动反射镜和所述静止反射镜间产生连续变化的光程差，所述探测器采样得到不同光程差处的单色光干涉图。
[0056]对于本领域技术人员而言，Michelson干涉仪、傅立叶镜、探测器及其原理可以参考现有技术得以理解，在此不作赘述。
[0057]如图3所示，本发明实施例提供一种高调制度傅立叶变换光谱仪，包括点光源31、准直镜32、色散元件33、成像镜34、横向剪切干涉仪35、傅立叶镜36、柱面镜37和探测器38。
[0058]本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱仪工作过程如下:
[0059]点光源31发出的光经过准直镜32后，变为平行光准直光；
[0060]准直光经色散元件33后，被色散为一系列连续的准直单色光；
[0061]准直单色光经成像镜34后，变为一系列连续的汇聚单色光；
[0062]汇聚单色光经横向剪切干涉仪35后，被剪切为两束相干汇聚单色光；
[0063]相干汇聚单色光经傅立叶镜36后，汇聚单色光变为准直单色光，同时，两束相干准直单色光在探测器产生干涉；
[0064]准直单色光经柱面镜37后，在探测器38成像。
[0065]可见，本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱仪，在探测器像面得到的不再是所有单色光干涉图的叠加，而是一系列准单色光的干涉图，与空间外差傅立叶变换光谱仪相t匕，本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱仪够实现宽波段光谱测量。
[0066]图4为目标光谱，图5a为现有技术空间调制傅立叶变换光谱仪得到的干涉图，图5b为本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱仪探测器得到的干涉成像结果，图6为图5b中第一行干涉图。
[0067]可以看出，本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱仪得到的干涉图在长光程差处的调制度明显优于现有技术空 间调制傅立叶变换光谱仪得到的干涉图调制度。
[0068]综合以上描述，本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱仪:
[0069]可以实现宽波段光谱的干涉测量。与空间外差傅立叶变换光谱仪相比，测量的光谱范围一般为空间外差傅立叶变换光谱仪的几十倍。
[0070]对于宽波段光谱，可以实现高调制度干涉图测量。现有技术空间调制傅立叶变换光谱仪获取的干涉数据在长光程差处的干涉调制度很低，被噪声淹没，本发明实施例高调制度傅立叶变换光谱仪可以将宽波段光谱变为按空间分布的一系列窄波段光谱，从而提高每一窄波段光谱的干涉图调制度。
[0071]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种高调制度傅立叶变换光谱获取方法，其特征在于，包括: 将宽波段光谱进行色散后得到连续的单色光； 对所述单色光谱进行干涉测量得到高调制的单色光干涉图。
2.根据权利要求1所述的高调制度傅立叶变换光谱获取方法，其特征在于，将宽波段光谱进行色散后得到连续的单色光，包括: 采用色散元件，将所述宽波段光进行色散后得到连续的单色光，所述色散元件包括光栅或者棱镜。
3.根据权利要求1或2所述的高调制度傅立叶变换光谱获取方法，特征在于，对所述单色光谱进行干涉测量得到单色光干涉图，包括: 所述单色光谱经成像镜得到汇聚单色光； 所述汇聚单色光经横向剪切干涉仪后形成两束相干单色光； 所述相干单色光经傅立叶镜后汇聚得到准直单色光； 所述准直单色光经柱面镜后在探测器成像得到单色光干涉图。
4.根据权利要求1或2所述的高调制度傅立叶变换光谱获取方法，包括: 所述单色光谱经Michelson干涉仪后形成两束相干单色光,所述Michelson干涉仪包括静止反射镜、运动反射镜以及分束镜； 所述相干单色光经傅立叶镜后在探测器处产生干涉成像，随着所述运动反射镜的连续平移，所述运动反射镜和所述静止反射镜间产生连续变化的光程差，所述探测器采样得到不同光程差处的单色光干涉图。
5.一种高调制度傅立叶变换光谱仪，其特征在于，包括: 色散分光单元，用于将宽波段光谱进行色散后得到连续的单色光； 干涉测量单元，用于对所述单色光谱进行干涉测量得到高调制的单色光干涉图。
6.根据权利要求5所述的高调制度傅立叶变换光谱仪，其特征在于，所述色散分光单元为色散元件，所述色散元件包括光栅或者棱镜。
7.根据权利要求5或6所述的高调制度傅立叶变换光谱仪，特征在于，所述干涉测量单元包括成像镜、横向剪切干涉仪、傅立叶镜以及柱面镜； 所述单色光谱经所述成像镜得到汇聚单色光； 所述汇聚单色光经所述横向剪切干涉仪后形成两束相干单色光； 所述相干单色光经所述傅立叶镜后汇聚得到准直单色光； 所述准直单色光经所述柱面镜后在所述探测器成像得到单色光干涉图。
8.根据权利要求5或6所述的高调制度傅立叶变换光谱仪，包括: 所述干涉测量单元包括Michelson干涉仪、傅立叶镜以及探测器； 所述单色光谱经所述Michelson干涉仪后形成两束相干单色光,所述Michelson干涉仪包括静止反射镜、运动反射镜以及分束镜； 所述相干单色光经所述傅立叶镜后在所述探测器处产生干涉成像，随着所述运动反射镜的连续平移，所述运动反射镜和所述静止反射镜间产生连续变化的光程差，所述探测器采样得到不同光程差处的单色光干涉图。
【文档编号】G01J3/45GK103822716SQ201410056723
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】吕群波, 相里斌, 张金刚, 姚涛, 景娟娟, 付强, 方煜, 马原 申请人:中国科学院光电研究院