[发明专利]一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法及其装置

说明书

一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法及其装置。所述方法是将菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜系统结合，利用卡塞格伦望远镜收集光信号，传输到菲涅尔波带片，经由菲涅尔波带片汇聚、分光，将不同波长的光波反射到探测器，实现多光谱探测，所述基于菲涅尔波带片的多光谱探测装置，在不同色散光的会聚位置放置单像素探测器，实现多光谱同时探测。所述装置包括菲涅尔波带片、卡塞格伦望远镜系统和探测器。本发明结构简单轻便，校准方便，对温度、老化及振动抵抗能力强，可广泛应用于测距、环境监测、食品卫生、生物医学、半导体工业，以及无人机、宇航探测等领域，具有很高的实用价值。

技术领域

本发明涉及光学微器件制备及遥感探测领域，特别涉及一种基于菲涅尔波带片的多通道光谱探测技术，具体地讲，涉及一种利用离轴菲涅尔波带片和卡塞格伦望远镜系统的多通道光谱探测方法及装置。

背景技术

光谱仪又称分光仪，是用光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长强度的装置。常见的光谱仪，是将光线通过一个具有光栅的狭小缝隙，利用光栅来控制光谱仪器的分辨率。衍射光栅作为色散元件，经过特定设计，将不同波长的光以不同的角度反射出去，使得辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，分析系统在选定的波长上(或扫描某一波段)对分离出的各个波长的光，进行强度测定。目前，常见的色散分光技术包括，光栅分光、声光可调谐滤波分光和棱镜分光等。这些方案，系统结构较复杂，装置体积和质量大。

发明内容

发明目的：克服现有光谱探测技术中的不足，提供一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法及其装置，该菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜配套使用，可以充分利用卡塞格伦望远镜小视场、高增益特点，以及菲涅尔波带片光放大及分光的作用，提高弱信号光强度，并降低排除视场外背景光干扰。该多光谱探测装置简单轻便，方便维护和使用，具有很高实用价值。

本发明采用的技术方案是：一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法，将菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜系统结合，利用卡塞格伦望远镜收集光信号，传输 到菲涅尔波带片，经由菲涅尔波带片汇聚、分光，将不同波长的光波反射到探测器，实现多光谱探测。

上述技术方案中，所述的菲涅尔波带片采用离轴菲涅尔波带片，所述离轴菲涅尔波带片为在完整波带片上偏离中心截取的一部分。

上述技术方案中，所述的卡塞格伦望远镜系统包括卡塞格伦望远镜主镜和卡塞格伦望远镜副镜，所述将菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜系统结合是指将菲涅尔波带片置于卡塞格伦望远镜出射孔径上，调整卡赛格伦望远镜系统中副镜与主镜的几何参数，使主镜收集的光线经副镜反射后，以平行光垂直入射菲涅尔波带片。

上述技术方案中，在菲涅尔波带片光轴不同位置放置微反射镜系统，将会聚的光线传输到单像素探测器，或者将单像素探测器放置在菲涅尔波带片光轴上，直接探测会聚的目标光，实现多通道光谱同时探测。

实现上述基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法的具体步骤包括：(1)设计菲涅尔波带片微结构，获得合适的探测波长的焦距和光放大倍率；(2)设计具有一定视场和增益的卡塞格伦望远镜，调整主镜和副镜，获得垂直出射孔径的平行光；(3)再利用电子束蒸发镀膜、电子束曝光和等离子体刻蚀技术完成微结构的制备；(4)将菲涅尔波带片装配在卡塞格伦望远镜的出射孔径，利用光阑或者直接裁剪使得菲涅尔波带片以离轴方式工作；(5)菲涅尔波带片光轴不同位置放置微反射镜系统，将会聚的光线传输到单像素探测器，或者将单像素探测器放置在菲涅尔波带片光轴上，直接探测会聚的目标光，实现多通道光谱同时探测。

菲涅尔波带片的半波带，要根据需要探测的目标光波长进行设计，半波带数目决定了光放大的倍率，半波带数目越大，菲涅尔波带片尺寸越大；菲涅尔波带 片的焦距与波长成反比，长波焦距短。