大孔径静态干涉成象光谱仪中的横向剪切干涉仪

　　0　引言

　　成象光谱仪作为空间遥感领域中最强有力的工具之一,越来越受到各国政府的重视.由于在原理上具有高光谱分辨率和高能量通过力的优点,动镜扫描型干涉成象光谱仪的发展一直是人们关注的焦点.为了克服精密动镜系统带来的技术困难,80年代后期以来又发展了以静态迈克尔逊干涉成象光谱仪1和空间调制干涉成象光谱仪2为代表的无动镜干涉成象光谱技术.在此基础上我们提出了大孔径静态干涉成象光谱仪(LASIS)的概念,为实现轻型、高稳定度干涉成象光谱仪打下了基础3～6.

　　本文将介绍大孔径静态干涉成象光谱仪的基本思想,重点介绍干涉系统的光学原理,分析基于Sagnac型横向剪切分束器的干涉仪设计方案,讨论几种具体的结构形式,并通过比较总结它们的优缺点.

　　1　大孔径静态干涉成象光谱仪干涉系统的原理

　　如图1,大孔径静态干涉成象光谱仪(LASIS)3,4是在普通照相系统中加入横向剪切分束器,从而得到目标的干涉图象,并且不同视场的目标单元对应不同的干涉光程差.

　　LASIS采用面阵探测器并依靠推扫获得两维空间信息和一维光谱信息,系统中既没有扫描运动部件也没有用于限制视场的狭缝,其能量利用率和普通照相系统相似,而光谱分辨率(波段数)则主要受探测器单元数的制约,一般为102～103.因此可以说,LASIS是一种高稳定度和高能量通过力优势并存的光谱型成象光谱仪.

　　LASIS干涉系统的原理如图2所示:图2(a)表示系统产生光程差的原理,图2(b)给出干涉图的形成过程.

　　图2(a)中,象面P1是前置光学系统的后焦面,s0、sω分别表示视场角为0和为ω的平行光在象面P1上的会聚点,可以当作干涉仪的两个点光源.横向剪切分束器是干涉仪的核心,它的作用是将一个点光源沿垂直于光轴的方向等光程地分成两个.一束入射光经横向剪切分束器后成为两束互相平行的相干光,由于这两束光对于前面的分束器来说,等光程面是垂直于光轴方向的,而对于后面的成象系统来说等光程面则是垂直于光线方向的,对于视场角不为0的光线这两个等光程面是不重合的,因此当两束平行的相干光会聚到收集镜L2的后焦面P2上同一点时就存在着光程差,从而发生干涉.设被剪切开的两束光之间的横向距离(沿垂直于光轴方向度量)为Z,则它们在象面P2上干涉时的光程差为

　　δ(ω)=Zsinω　(1)

以L₂采用傅里叶透镜时

　　sinω=x/f₂　　(2)

　　式中x为干涉点的横向坐标,f2为收集镜的焦距.当视场角ω很小时,可用一般物镜代替傅里叶透镜,这时