高速转镜干涉成像光谱仪的光程差分析

　　0　引言

　　成像光谱技术(Image Spectrometry)由于其优越的信息获取能力,成为光学探测技术的又一强力手段,越来越受到各国政府的重视.其中时间干涉成像光谱技术的高通量、多通道、易定标的优点是其他方案无法比拟的,其技术条件也比空间干涉成像光谱技术成熟.因此,能够克服直线动镜驱动问题,基于旋转镜的时间调制干涉成像光谱仪成为目前研究的重点·其中,由Griffiths于1999年提出的一种高速转镜式时间调制干涉仪[1],具有稳定的转镜系统,可以进行高速不间断的扫描.在该方案原理基础上,本文提出了一种新型高速转镜式干涉成像光谱仪[2].并对其光成程差进行了分析计算.

　　1　高速转镜干涉成像光谱仪原理

　　图1为高速转镜干涉成像光谱仪的原理图[2].物AB位于准直镜(Collimating Mirror)的焦平面上,AB上点A发出的光线经准直镜后变成一束平行光,经分束器(Beam-splitter)分成反射光线和透射光线两束·反射光束经平面反射镜(Flat Mirror)反射到角反射体1(Cube-Corner Retro reflector 1),角反射体1再把光线反射回平面反射镜,该光线再经平面镜反射、分束器透射到达收集镜(Collector);透射光束经角反射体2 ( Cube-Corner Retroreflector 2)反射回分束器,再由分束器反射到收集镜,两束光线经收集镜汇聚于其焦平面上A′点.随着马达转动反射光线到达A′点的光程改变,而透射光线的光程不变,因此两束光线产生光程差,即A点发出的光会在A′干涉.在收集镜的焦平面上放一个面阵CCD,就可以得到干涉图.

　　2　光程差的计算分析

　　光程差的分析计算[4]对于干涉成像光谱仪的设计及后续数据处理有重大的意义,而转镜式干涉成像光谱仪的光程差计算[5]比较复杂.从本文提出的高速转镜干涉成像光谱仪的原理上,可以看出旋转反射镜(Rotary Mirror)的转动改变入射的光所走的光程,而直接入射到角反射体2(Cube-Corner RetroReflector 2)的光所走的光程不会发生变化·因此,只需分析入射到平面反射镜的光程的变化.

　　2.1　光程差计算原理

　　由于一束平行光线入射,经旋转平面镜、角反射体多次反射回来后仍然是平行光线,如在入射平行光截取一个波面,再在反射平行光截取一个波面,那么根据马吕斯定律[3],这两个波面间的任一条光线的光程差相等.

　　在入射平行光处任意截取波面a,在反射平行光处任意截取波面b,由于平行光线在这两个波面间的光程相等.某时刻,计算经旋转平面镜反射后正好经过角棱镜的顶点的特殊光线的光程,该光程等于该时刻这两个波面间的光程.当旋转平面镜转动一个角度时,计算该时刻经旋转平面镜反射后正好经过角棱镜的顶点的光线的光程,该光程等于该时刻这两个波面的光程.则这两条光线在波面a,b间的光程之差就是旋转平面镜不同角度的光程差.