[发明专利]基于阶梯相位反射镜的快照成像光谱仪及制作方法

摘要

基于阶梯相位反射镜的快照成像光谱仪及制作方法，涉及红外成像光谱探测仪器技术领域，解决传统成像光谱仪中三维数据立方体的实时获取以及成像光谱仪器的微小型化问题，包括准直镜、微成像镜阵列、分束器、横向阶梯相位反射镜、纵向阶梯相位反射镜、中继成像镜和面阵探测器。利用微成像镜阵列对目标场景进行多重成像，并利用阶梯相位反射镜对多重像场进行分布式相位调制的成像光谱仪器，通过微成像镜阵列形成的并行成像通道与阶梯相位反射镜形成的并行干涉通道之间的光场耦合，实现对目标场景的多通道快照式干涉成像，无需复杂的运动机构，具有微小型、静态化、稳定性强、集成度高、探测速度快等优点。

主权项

1.基于阶梯相位反射镜的快照成像光谱仪，包括准直镜(1)、微成像镜阵列(2)、分束器(3)、横向阶梯相位反射镜(4)、纵向阶梯相位反射镜(5)、中继成像镜(6)和面阵探测器(7)；携带目标图像和光谱信息的入射光场经准直镜(1)被准直为平行光束，微成像镜阵列(2)将平行光束分割形成多个独立并行的成像通道，在其像方焦面上形成阵列成像；分束器(3)将阵列成像的像场进行强度等分后分别投射到横向阶梯相位反射镜(4)和纵向阶梯相位反射镜(5)上，所述横向阶梯相位反射镜(4)和纵向阶梯相位反射镜(5)分别对像场进行相位调制后再次经分束器发生干涉并形成多个并行的干涉通道；所述成像通道与干涉通道一一对应，所述成像通道的光场在各干涉通道中并行传输，所述中继成像镜(6)将各干涉通道中的成像光场耦合至面阵探测器(8)形成干涉图像阵列；其特征是；设定横向阶梯相位反射镜和纵向阶梯相位反射镜(5)中各行反射镜单元的宽度为a，每个干涉通道(9)的孔径为a×a，微成像镜阵列中每个成像镜单元的像方视场与对应的干涉通道的孔径呈内切结构；横向阶梯相位反射镜有M个行反射镜单元，纵向阶梯相位反射镜有N个列反射镜单元，微成像镜阵列(2)的每个成像镜单元的像方视场为Φ1，且微成像镜单元的数目为M×N；每个成像单元的像方视场Φ1与阶梯相位反射镜的宽度a之间的关系为Φ1＝a；横向阶梯相位反射镜4的阶梯厚度增量为h，则纵向阶梯相位反射镜的阶梯厚度增量为Mh，横向阶梯相位反射镜(4)的第m0个行反射镜单元与纵向阶梯相位反射镜(5)的第n0个列反射镜单元相对于分束器镜像重合，第(m,n)个干涉通道所对应的相位差为4πν(nM-m-n0M+m0)h；则微成像镜阵列(2)每个成像镜单元的焦深Z满足Z≥max{m0h,(M-1-m0)h,n0Mh,(N-1-n0)Mh}；ν为光波的波数；设定微成像镜阵列(2)中各成像镜单元的像方数值孔径为NA1，中继成像镜(6)的物方数值孔径为NA2，则中继成像镜的物方数值孔径满足NA2＝NA1；所述中继成像镜6的物方视场为Φ2，则中继成像镜(6)的物方视场Φ2与阶梯相位反射镜的宽度a和级数之间的关系满足所述分束器(3)为带有栅棱结构的轻型分束器由栅棱、分束窗和分束膜组成，所述栅棱对分束器进行空间分割形成分束窗阵列，分束膜位于分束窗上表面或分束窗和栅棱的上表面，栅棱对分束膜起支撑作用；栅网分束器中的栅棱在横向的宽度是其纵向宽度的倍，分束窗在横向的宽度是其纵向宽度的倍，分束窗在横向和纵向的占空比相同；所述栅网分束器中的栅棱宽度范围为1nm-100cm，分束窗宽度范围为1nm-100cm；栅棱厚度范围为1nm-100cm，分束窗厚度范围为1nm-100cm；所述栅网分束器中的栅棱的剖面结构为单面矩形、单面平行四边形、单面梯形、双面矩形、双面平行四边形或双面梯形。