高光谱分辨率横向剪切静态干涉光谱仪

　　0　引言

　　干涉成像光谱仪( Fourier TransformSpectrometer, FTS)可分为时间调制干涉成像光谱仪和空间调制干涉成像光谱仪两大类.时间调制干涉成像光谱仪是在迈克尔逊干涉仪基础上形成的,它有两点不足:需要高准确度的动镜驱动系统;实时性不好.空间调制干涉成像光谱仪形成的干涉图在空间域而不是在时间域,从而避免了运动部件,因而具有稳定性好、光谱测量的实时性和高通量等优点,越来越受到国内外光谱学界的重视.

　　80年代出现了许多基于静态双光束干涉仪的无动镜干涉成像光谱仪.典型的静态双光束干涉仪有基于振幅分割的静态Michelson干涉仪,变形Mach2Zehnder干涉仪,Sagnac干涉仪和基于波前分割的Fresnel双镜干涉仪,等等[1~5].这些静态干涉仪产生的干涉图是空间分布的强度信号,因此有可能实现对时变或脉冲辐射的实时监测;它们没有运动部件和扫描机构,使得仪器的结构变得简单、紧凑和稳定,同时也减小了仪器的体积和重量,降低成本.但是以上几种静态干涉成像光谱仪的光谱分辨率通常比较低.

　　针对这些缺点,本文提出一种基于新型的横向剪切分束器的静态双光束干涉光谱仪,其采用可以产生很大的横向剪切量的新型横向剪切分束器,从而其可以达到很高的光谱分辨率;并对光能的利用率相对Sagnac型干涉仪提高近一倍,同时具有比Sagnac型干涉仪结构更加紧凑,又不失稳定性的优点,使其在航空、航天遥感及物质成分分析等领域具有广阔的应用前景.

　　1　原理

　　1.1　横向剪切静态干涉光谱仪的基本原理

　　图1是基于新型横向剪切分束器(LateralShearing Beam2splitter, LSB)的新型横向剪切静态干涉光谱仪(Lateral Shearing Interferometer, LSIStationary Fourier Transform Spectrometer,Stationary FTS)的原理图.它主要由前置光学系统(Fore2Optic)、狭缝(Slit)、横向剪切分束器(LSB)、傅里叶变换透镜(Fourier Transform Len)、柱面镜(Cylindrical Len)、探测器(CCD)及数据处理系统(Signal Processing System)组成.

　　图2为图1的等效光路图.图中,l为从横向剪切分束器出射的两束相干光之间的横向剪切量,f为傅里叶透镜的像方焦距,x为干涉图中探测器上某采样点到零光程差点的偏移量,则任意点的光程差为

　　1.2　横向剪切分束器的原理

　　横向剪切分束器是横向剪切静态干涉光谱仪的核心部件·Sagnac干涉光谱仪的横向分束器叫三角形循环光路横向剪切分束器,又称Sagnac分束器·这种分束器可以做成实体,结构紧凑稳定·但是,在这类分束器中,两束相干光要分别经过分束面两次,有一半的光能返回光源,降低了对能量的利用率.