[发明专利]一种高通量高稳定相干色散光谱成像装置

说明书

本发明提出一种高通量高稳定相干色散光谱成像装置，该装置包括依次设置的共光路干涉分光光路、色散分光光路以及光电探测器；所述共光路干涉分光光路采用非对称结构的共光路Sagnac干涉仪，使得最终经共光路Sagnac干涉仪中分束面返回的光束不再与入射光束重合，而是在空间上平行分离；在二次分光前的光路上对应于空间上平行分离的光束还设置有光程调节结构，使得两路一级光束最终产生光程差，以干涉光束出射；其中一路干涉光束经会聚后到狭缝上，该狭缝成为色散分光光路的入射像面位置；另一路干涉光束即所述最终经共光路Sagnac干涉仪中分束面返回的光束也经会聚后进入色散分光光路。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，涉及一种相干色散光谱成像的方法及装置。

背景技术

光谱成像技术，有时又称成像光谱技术，融合了光谱技术和成像技术，交叉涵盖了光谱学、光学、计算机技术、电子技术和精密机械等多种学科，能够同时获得目标的两维空间信息和一维光谱信息。光谱成像技术广泛应用于军事、医学、工业、农业、资源环境、大气探测、天文等方面，发展正方兴未艾。

色散型和干涉型是光谱成像技术中的两种主要分光类型。一般情况下将这两种分光方法分开使用。在极少数情况下，比如利用干涉条纹的多普勒频移变化追踪目标的速度时，在遥感领域测风速、天文领域测恒星和行星的运行速度等情况下，会将这两种分光方法结合起来，以获取对目标的理想的测量精度。

本发明涉及一种将干涉型分光方法和色散型分光方法结合起来的相干色散光谱成像方法。在文献[1][2]中，曾提出了一种利用传统迈克尔逊干涉分光技术结合透射光栅分光技术的相干色散方法(Fixed Delay interferometer)，后来也有将其中的透射光栅改进为反射光栅分光技术的方法。然而，其中的干涉分光技术一直是基于迈克尔逊干涉分光技术的，属于非共光路干涉分光技术，干涉仪往往因热力学变形和环境变化而使得干涉条纹不稳定。由于在利用干涉条纹的多普勒频移探测目标的速度时，对光程差和干涉条纹的稳定性要求很高，否则会严重影响测量的精度，因而采用基于迈克尔逊干涉分光技术的干涉仪会额外增加对环境的温度和压强的苛刻要求。此外，传统相干色散方法中迈克尔逊干涉分光只利用了目标光中50％的能量，因为干涉仪返回光源的一路光的能量未加利用。干涉仪的能量利用率理论上也只能达到50％，在天文观测上能量损失是比较严重的(相当于延长了4倍的观测时间)，造成系统透过率和灵敏度低。

传统相干色散方法上，采用非共光路的迈克尔逊干涉分光技术，主要还是考虑到其干涉仪的两个臂是分开的，光束在两个臂中行进，根据臂长的不同则两臂中的光程可以不同，即可产生所需的光程差。而传统共光路(对称结构)的分光技术，无论在真空、空气或其它介质中，目标光在其中行进的路线是重合且相同的，无法产生光程差。传统相干色散方法尚未见应用共光路技术。

[1]Ge J,2002a,Fixed Delay Interferometry for Doppler ExtrasolarPlanet Detection.The Astrophysical Journal,571,165.

[2]Ge J,Erskine D and Rushford M,2002b,An Externally DispersedInterferometer for Sensitive Doppler Extrasolar Planet Searches.Publicationsof the Astronomical Society of the Pacific,114:1016–1028.

发明内容

本发明的目的在于提出一种稳定度高、能量利用率高的相干色散光谱成像装置。

本发明的基本构思如下：