Sagnac棱镜角公差与干涉光谱仪光谱分辨率的关系分析

　　0　引言

　　在空间调制型干涉成像光谱仪中,横向剪切干涉仪是一个关键部件,其中Sagnac型横向剪切干涉仪[1~6]种类极为繁多且应用的最为广泛.过去在棱镜的制造误差理论方面讨论的较多[7~10],但是在Sagnac横向剪切干涉仪的研制技术方面文章较少,尤其是在它的制造偏差与干涉光谱仪的光谱分辨率之间关系方面的论述还未见提及.

　　本文讨论的是一种由两块棱镜胶合而成的Sagnac干涉仪,该类型的干涉仪在理论上具有三角共路的光学特性,在结构上具有耐冲击和抗振动的特性.如果选择合适的材料进行匹配可获得良好的热稳定性,因此具备较强的航天环境适应性.近年来在国外一些航天遥感领域的干涉型成像光谱仪中较多采用Sagnac型干涉仪,如美国的强力小卫星上搭载的就是Sagnac型干涉成像光谱仪.该干涉仪在研制过程中会产生制造偏差,并由此会影响到光谱仪的光谱分辨率,因此有必要对偏差与干涉光谱仪的光谱分辨率关系进行讨论.

　　1　Sagnac型干涉成像光谱仪的工作原理

　　Sagnac型干涉成像光谱仪的工作原理如图1.(箭头代表光束行进方向)由前置光学系统、一次像面上的狹缝、Sagnac干涉仪、傅里叶变换透镜和柱面光学系统等几个部分组成.其中Sagnac干涉仪的作用主要是用来对入射光束进行横向剪切,产生类似杨氏双缝干涉的相干光.目标所发出的光通过前置光学系统成像在一次像面的狹缝上,经Sagnac干涉仪的横向剪切,产生相干的两个虚狹缝像,再经傅里叶变换光学系统和柱面光学系统将狹缝像和干涉图成在CCD焦面上,这样就实现了谱图合一.如果对目标进行推扫或者目标在推扫方向上(垂直狹缝方向)移动,就可以获得目标的二维空间信息和相应的干涉图样,经后续软件处理,可获得目标的二维空间和一维光谱信息的数据立方体.

　　2　棱镜的误差理论

　　由两块半五角棱镜胶合而成的Sagnac干涉仪,在制造时是按照两个单块反射棱镜来制造的.传统的棱镜误差理论认为:将棱镜可以展开成等效平行玻璃板,该平行玻璃板的平行差称为反射棱镜的光学不平行度,光学不平行度由两个相互垂直的分量构成.光轴截面内的分量称为第一光学不平行度即第一平行差;垂直光轴截面的分量称为第二光学不平行度即第二平行差.在成像光学系统中平行差会影响到光学系统的光轴偏和像倾斜,在汇聚光路中还会影响到成像的位置.

　　传统的棱镜误差理论还认为,棱镜的第一和第二光学平行差都是较小的量,在计算时忽略其中的二级小量,因此,每一个工作面产生的误差是相互独立作用的,可以直接相加减计算总的误差,即“小误差独立作用原理”.