[发明专利]一种红外双谱段傅里叶变换成像光谱仪

说明书

本发明提供一种红外双谱段傅里叶变换成像光谱仪，被测目标经扫描反射镜进入前置望远系统，前置望远系统将目标辐射信息成像到干涉系统中，干涉系统分为宽谱段干涉系统和精细光谱干涉系统，通过切换反射镜进行选通。两个干涉系统均由多级微反射镜、分束器和平面镜组成，多级微反射镜的结构特点使其能够对入射光场的相位进行调制形成调制光场。被平面镜反射的初始光场和调制光场再次相遇后发生干涉。利用分色镜将干涉光场分成中波红外和长波红外两个波段，经各自的中继成像系统在探测器上形成干涉图像。本发明兼具宽光谱测量和高光谱分辨率功能，满足定性分析和定量监测的要求，同时满足大视场和高空间分辨率信息的远距离测量。

技术领域

本发明属于成像光谱技术领域，具体涉及一种红外双谱段双干涉系统傅里叶变换成像光谱仪。

背景技术

成像光谱技术由于可以同时获取被测目标的空间和光谱信息，在国际上一直得到广泛关注并得到迅速的发展，目前已在光谱辐射特性研究、环境监测、气象观测、资源考察、军事目标侦察、植被考察监测、地震监测、减灾预报及生物医学诊断等许多方面得到了广泛应用。

近年来，随着科学技术水平的提高，军用与民用技术的进步，特别是环境安全、环境保护以及安全生产形势日益严峻，环境污染以及灾害事故频发，使得对用于突发化学品泄漏、环境和安全监测、有毒有害物质监控以及反恐防化等领域现场检测的环境适用性强、高稳定性、高可靠性的宽谱段大视场中长波红外成像光谱仪器提出了十分迫切的需求。

从目前国内外频发的危险品仓库爆炸事故的救援过程可以看出，准确及时地掌握现场情况已经成为挽救生命、减少伤亡以及保护财产安全最关键的环节之一，更显示出对现场检测仪器的需求的迫切性。这种现场的突出特点是范围大、环境危险、同时存在多污染核心点、特征污染物成份复杂且未知等，给救援带来了巨大困难。在爆炸事故中，目前主要采用了地面傅立叶变换红外光谱仪遥测及卫星遥感成像等手段获得现场的光谱与图像信息。所存在的问题是一台光谱仪器在同一时间内仅能进行单目标点的光谱探测，而机载或星载成像仪获取现场图像受到飞机或卫星的时间重返率限制，不能及时得到现场的瞬时信息。

迄今为止，国际上已经对兼具光谱测量和成像功能的成像光谱仪器进行了大量的研究和应用，在可见-近红外波段包括色散原理的光栅或棱镜成像光谱仪、干涉原理的时间调制或空间调制成像光谱仪；在中长波波段主要为基于干涉原理的时间调制或空间调制成像光谱仪。中长波检测仪器所存在的多方面技术瓶颈，使之难以满足日益增长的日常监测及环境突发事件监测领域的迫切应用需求。在仪器稳定性及对工作环境的要求方面，虽然国外的傅里叶变换红外成像光谱仪器对红外干涉系统进行了不断的优化，但目前干涉系统中动镜机构的存在仍然使仪器的稳定性、可靠性以及环境适应能力等受到很大影响。而国内的动镜干涉系统技术水平与发达国家存在差距，使得以上问题更加突出。空间调制傅里叶变换成像光谱仪则存在着光通量低的突出问题。在仪器的体积重量方面，由于传统动镜扫描干涉系统中驱动机构及采样参考系统的存在，使得系统的紧凑化和小型化进程受到限制。在仪器性能方面，光谱分辨率与视场角之间存在相互制约的矛盾，使得高光谱分辨率与大视场不能同时满足。

发明内容

本发明为了解决现有传统的红外成像光谱仪存在的一些原理性的缺陷，提出了一种红外双谱段傅里叶变换成像光谱仪，采用时空联合调制方式，避免了色散成像光谱仪不能高精度测量红外宽波段光谱的缺陷，以及分辨率与光通量之间的矛盾；避免了时间调制成像光谱仪因含有运动部件而存在的系统加工和控制困难、系统的重复性和可靠性难以保证以及系统的实时性差的问题；也避免了空间调制傅里叶变换成像光谱仪由于狭缝结构的存在导致的光通量低的问题。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种红外双谱段傅里叶变换成像光谱仪，包括前置望远系统、干涉系统、红外成像系统、扫描反射镜、第一切换反射镜、第二切换反射镜和分色镜；

扫描反射镜对待测目标进行扫描，获取待测目标的初始光场信息；

干涉系统包括用于进行全谱段光谱测量的宽谱段干涉系统和用于实现高分辨率光谱测量的精细光谱干涉系统；