大孔径静态干涉成像光谱仪中双通道Mach-Zehnder横向剪切干涉仪的设计

大孔径静态干涉成像光谱技术是一种时空联合调制的傅里叶变换成像光谱技术,其核心元件通常采用Sagnac横向剪切干涉仪。这种结构会使进入干涉仪的光线有一半沿原路返回,降低了能量利用率。文章提出一种改进型Mach-Zehnder横向剪切干涉仪结构,克服了能量利用率低的缺点,在实现横向剪切的同时,还具有双通道输出的优点。本文通过光线追迹的方法,得到剪切量的一般表达式,并分析了各种误差源对剪切量误差的贡献。为大孔径静态干涉成像光谱仪的设计提供了新思路,可为该类型的成像光谱仪的设计与优化提供理论指导。     

两种干涉成像光谱技术方案的比较

对"大孔径静态干涉成像光谱技术"方案与以色列学者提出的"两维景物光谱同时测量方法"进行了分析和比较,讨论了这2种干涉成像光谱技术方案中干涉仪与成像光学系统两方面的差异,通过计算机模拟,给出了"两维景物光谱同时测量方法"的光程差非线性变化。受"两维景物光谱同时测量方法"的启发,提出基于横向剪切干涉仪的时间调制型干涉成像光谱技术方案,研究了匀速转动横向剪切干涉仪时,各不同视场像元处光程差的变化规律。     

大孔径静态干涉成象光谱仪中横向剪切干涉仪的空间光线分析

介绍基于横向剪切干涉仪的大孔径静态干涉成象光谱仪的原理,用坐标变换和矢量分析的方法计算空闪光线的光程差,通过计算机仿真归纳出横向剪切干涉仪空间光线光程差的一般表达式。     

大孔径静态干涉成像光谱仪光谱信噪比研究

大孔径静态干涉成像光谱仪获取图谱数据立方体的过程包含干涉仪调制、探测器矩形函数卷积采样和光谱反演,其光谱信噪比评估模型复杂。从光谱能量调制、采样、反演的完整传输过程入手,根据探测器矩形卷积采样原理,采用离散傅里叶变换取实部的光谱反演方法,进行信号与噪声的理论推导,建立了大孔径静态干涉成像光谱仪光谱信噪比评估模型。考虑了与波数相关的光学系统透过率、干涉仪分束面效率、探测器量子效率等仪器设计参数和主要电路噪声参数,进行了光谱信噪比仿真计算。利用LASIS仪器进行了光谱信噪比实验测试,测试结果与模型仿真计算结果平均偏差为3.58%,单谱段信噪比趋势基本吻合,验证了评估模型的正确性。评估模型中包含了典型LASIS成像光谱仪由输入光谱辐射到输出光谱数据的各项主要技术环节,在信噪比计算公式中带入干涉仪分束面干涉效率、探测器矩形采样方式等因素对仪器光谱信噪比的影响算子,并利用实际仪器进行了实验验证,对提高LASIS成像光谱仪工程设计水平具有指导意义。     

一种可调横向剪切量的新型偏振干涉成像光谱仪

为了克服传统成像光谱仪稳定性差,干涉条纹杂乱复杂等缺点,提出了一种基于可调横向剪切量萨伐尔(Savart)偏光镜的新型偏振干涉成像光谱仪。具体分析推导了光线入射角变化对这种新型的可调横向剪切量萨伐尔偏光镜的光程差、偏振度以及对系统干涉条纹的影响;简要论述了这种新型偏振干涉成像光谱仪的工作机理和运行方式,从原理上论证了它具有重量轻、体积小、抗震性好、适用范围广、分束光线平行均匀分布、干涉图样清晰、处理简便等诸多优点,为新型可调横向剪切量的偏振干涉成像光谱仪的设计、研制、调试和工程化提供理论依据和实践指导。     

一种新型干涉成像光谱仪光学系统研究

介绍了一种新型静态干涉成像光谱仪—ＬＡＳⅡ形式的大孔径静态干涉成像光谱仪的原理、系统特性及要求,并对前置光学系统做了深入研究,光学系统的要求从全局考虑,实现普通玻璃复消色差,调制传递函数在３０对线时达到０．４以上。仪器具有原理简单、成本低（不高于色散型成像光谱仪的研制成本）、体积超小等特点。     

大孔径静态干涉成像光谱仪的信噪比分析

根据大孔径静态干涉成像光谱仪的原理和特点，分析了光辐射能在光学系统内的传输情况，对探测器上接收到的光辐射能信号和噪音信号做了详细的推导，得到了仪器理论信噪比的表达式.在实验上以大口径积分球为辐射源，采集仪器输出的干涉图像，计算得到仪器的实际信噪比曲线，对大孔径静态干涉成像光谱仪的理论信噪比曲线与实际的信噪比曲线做分析比较，结果验证了用推导的论信噪比的表达式来预估仪器信噪比的可行性.     

实体Sagnac干涉仪的设计

以嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪为例,介绍了Sagnac干涉仪的设计思想,共光路及横向剪切原理、剪切量的计算方法以及干涉仪分束面上分束区与透射区的设计.该Sagnac横向剪切干涉仪作为嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪的核心部件,经检测与在轨运行,表明设计正确,经受了包括月食低温在内的各种恶劣的航天环境的考验,获得了大量清晰的月表多光谱图像.     

大孔径静态干涉成象光谱仪中的横向剪切干涉仪

介绍大孔径静态干涉成象光谱仪的光学原理,分析基于Sagnac型横向剪切分束器的干涉系统设计方案,推导了理论和实际的光程差公式,讨论了几种具体的结构形式,总结了各自的优缺点。     

新型偏振干涉成像光谱仪中Savart偏光镜透射率的研究

Savart偏光镜是自行研制的新型稳态偏振干涉成像光谱仪中的核心部件，阐述了该Savart偏光镜的分光机理.基于电磁场边值条件，分析了入射面与Savart偏光镜左板主截面重合及垂直时，光透过Savart偏光镜各界面的反射和折射，得出了各界面透射系数的表达式以及Savart偏光镜透射率的理论计算公式.采用计算机模拟，给出了Savart偏光镜透射率随视场角和波长的变化曲线，并与研制的Savart偏光镜实验测试结果进行了分析比较，两者变化规律相符. 表明该Savart偏光镜具有大视场、高通量的显著特点，适宜作为静态干涉仪和稳态偏振干涉成像光谱仪的高效横向剪切分束器. 这为新型偏振干涉成像光谱技术的研究以及仪器研制提供了重要的理论依据.     

大剪切实时干涉系统的火焰条纹分析

使用平行平晶做分光元件建立了剪切量随平行平晶偏转角可调的横向剪切实时干涉系统,该系统在最佳偏转角下所得最大剪切量与平行平晶的厚度成正比。实验表明,当系统的横向剪切量大于被测火焰畸变波面宽度的一半时,剪切域中的非核心剪切区将出现半幅以上的双曝光条纹,以之进行干涉测温处理可以避开传统剪切干涉测量技术所必需的剪切相位还原算法。这意味着实时双曝光条纹可以简单地通过大剪切量横向剪切干涉系统得到。     

Investigation of interference field phase distribution with a lateral shearing interferometer

Problems of investigating the interference field are discussed. An investigation method is suggested which is based on using an imperfect plane-parallel plate lateral shearing interferometer for comparing aberrations in the arms of the two-beam interferometer which generates the interference field. It is demonstrated that equipartition of interference field fringes can be analyzed to an accuracy of λ/100 which exceeds the manufacturing accuracy of the lateral shearing interferometer.     

Analysis of Digital Lateral Shearing Interferometer

A new method is proposed for reconstructing wavefront from discretely sampled interferogram data obtained by a digital lateral shearing interferometer. Assumptions applied in the conventional methods are not used and reconstruction error caused by the difference between the amount of shear and the sampling interval can be removed. System error and the influence of the discrete sampling, which limit accuracy of the tested results of the lateral shearing interferometer, are analyzed.     

高层大气风场探测改型大光程差Sagnac干涉仪全视场角光程差与横向剪切量的精确计算

提出了一种用于高层大气风场探测的改型大光程差Sagnac干涉仪，论述了其基本原理和分光机理；分析了空间光线在改型大光程差Sagnac干涉仪中的传播路径；利用空间几何方法，通过分析空间直线与其投影之间的关系，给出了入射光线绕入射界面法线旋转360°范围内，从任意方向以任意角度入射时，改型大光程差Sagnac干涉仪的光程差及横向剪切量的精确表达式，较目前文献所报道的只给出入射面与纸平面平行时光程差与横向剪切量的计算具有更加普遍的指导意义.为改型大光程差Sagnac干涉仪的设计、研制提供了重要的理论依据和实践指 关键词： 高层大气风场探测 改型大光程差Sagnac干涉仪 横向剪切量     

基于波长移相剪切干涉的准直波前重构技术

为了实现干涉仪出射准直波前的重构，提出了基于波长调谐移相的横向剪切干涉技术。干涉仪出射波前分别经楔板的前后表面反射，通过角锥棱镜返回后在干涉仪CCD上形成剪切干涉条纹。采用波长移相方法提取剪切干涉条纹的相位信息从而实现准直波前重构。分析相对剪切比对波面重构精度的影响，推导相对剪切比和其影响因素间的关系公式，给出波长移相中光程差常数分量的估算方法。测量干涉仪的三组出射波前，波前的峰谷值分别为3.22λ、2.10λ、0.83λ。该方法简化了传统测量干涉仪准直波前的横向剪切干涉装置，提高了测量精度，特别适合于测量波长移相干涉仪的出射波前。     

A new lateral shearing interferometer for precision surface measurement

A new lateral shearing interferometer is proposed for precision surface measurement. In this shearing interferometer, a novel shear generator made of a single birefringence crystal plate is utilized. The shear adjustment is realized through the change of angle at which tested wavefront is incident into the crystal plate. By changing the orientation of the principal section of the plate, the generator can adjust the shearing direction. With the incident beam being circularly polarized, the generator can equalize the intensities of two shearing beams to make a good contrast interference pattern. The interferometer is simple and compact in terms of mechanism and has a complete common optical path structure. Phase shifting can be realized conveniently. The interferometer is insensitive to external vibrations and environmental disturbances, and hence has good stability and reliability with high measurement accuracy. To examine the performance of the proposed interferometer, experimental testing was conducted. High accuracy and repeatability are demonstrated.     

横向剪切可变的双焦距波带板干涉仪

本文提出了一种应用双焦距波带板做为横向剪切元件的干涉仪,适用于检测会聚波面像差。它结构简单,不仅具有Ronchi光栅检测的优点,而且条纹对比度好,可根据需要改变剪切量,不需要更换波带板。这种干涉仪可由在波带板平面内移动波带板,获得待测波面任意方向的剪切干涉图。双焦距波带板可用全息方法很容易制作。文中给出了实验结果。