反射转镜式干涉光谱仪光程差的一般表达式

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1、万方数据第31卷，第1期2011年1月光谱学与光谱分析SpectroscopyandSpectralAnalysisV01．31，No．1，pp263—266January，2011反射转镜式干涉光谱仪光程差的一般表达式周锦松1，相里斌1，魏儒义孙，景娟娟21．中国科学院光电研究院，北京1001902．中国科学院西安光学精密机械研究所。中国科学院光谱成像技术重点实验室，陕西西安710119摘要对反射转镜式干涉光谱仪的原理进行了介绍，从马吕斯定律和角反射体的反射特性入手，选择转镜反射面的旋转中心作为入射光束和出射光束等波面的参考点，对反射转镜式干涉光谱仪的光程差进行了分析计

2、算．给出反射转镜式干涉光谱仪任意时刻光程差及最大光程差的一般表达式，分析影响最大光程差和光程差变化周期的因素，为反射转镜式干涉光谱仪的设计与研制提供理论指导。关键词光谱仪；傅里叶变换；反射转镜；光程差中图分类号：TH744．1文献标识码：AIX)I：10．3964／j．issn．1000-0593(2011)01-0263-04引言相对于色散型光谱仪，基于时间调制的干涉光谱仪具有多通道(felleget优点)、高通黄(jacquinot优点)、波数准确度高(connes优点)及杂散光低等优点[1‘。可对微弱信号目标进行高灵敏度光谱探测，几十年来一直受到世界各国的广泛关注并

3、得到r快速发展，在工农业生产、科学研究、环境监测、航空航大遥感等领域有着广泛的应用。自Wadswortht2。]于20世纪90年代提出透射转镜式干涉光谱技术以来，基于旋转镜的时间调制型f涉光谱技术成为一种新的研究方向。GriffithsL4J提出反射转镜式干涉光谱技术，克服了传统直线动镜式干涉光谱技术和透射转镜式干涉光谱技术的诸多不足，具有稳定性好、无需辅助光路、能量利用牢和光谱分辨率高、测冒速度快、实时性好等优点，尤其适于野外复杂环境、航空航天遥感与快速光谱探测等特殊要求。光程差的分析计算对于干涉光谱仪的设计具有重要意义。在典型迈克尔逊干涉光谱仪中，直线运动的平面反射镜

4、移动的距离为L时，光程差变化为2L，丽反射转镜式干涉光谱仪的光程差分析计算则要复杂得多。文献E52对反射转镜式干涉光谱仪的光程差进行r分析，推导r光程差公式，但公式繁琐，中间参数多，难以获得光谱仪每个时刻光程及最大光程差的简单表达式。本文从马吕斯定律和角反射体的特性出发，推导反射转镜式干涉光谱仪每个时刻光程及最大光程差的一般化简单表达式，并对影响最大光程差的因素进行了分析。1反射转镜式干涉光谱仪反射转镜式干涉光谱仪依靠倾斜反射镜的旋转使两束光产生变化的光程差，得到随时间变化的干涉谱，反演得到被探测目标的光谱信息。D／．2Ml如图1所示，被探测目标的辐射经前置光学系统L1准

5、直后入射到镀有半透半反膜的分束器Bs上。分柬器Bs将光束分为反射光束和透射光束。其中反射光束经倾斜反射镜收稿日期：2010-03—22。修订日期：2010-06—26基金项目：国家自然科学基金项目(40805013)和国家霞点基础研究发展计划项目(2009CB724005)资助作者简介：周锦松，1977年生，中国科学院光电研究院副研究员e-mail：jazhou@opt．a己饥*通讯联系人e-mail：weiruyi5@yahoo．com．a1万方数据264光谱学与光谱分析第31卷RM反射到角反射体CC，角反射体CA：将其反射回转镜RM，再反射到垂直反射镜M2，然后又沿原

6、光路返回到分柬器BS；透射光束经垂直反射镜M1沿原光路返I口l到分束器BS。反射回分束器的反射光束又被分为反射光束和透射光束，而反射回分束器的透射光束也被分为反射光束和透射光束，前者的透射部分和后者的反射部分经由会聚光学系统L2会聚到探测器D上产生相干干涉，并被探测器D接收。电机MT带动倾斜反射镜RM产牛旋转从而使两束光产生变化的光程差，不同光程差的F涉信号经探测器D接收得到随时间变化的干涉谱，经数据反演后最终得到目标的光谱信息。探测器接收的干涉光强随反射转镜的转动而变化，探测器采集到的是按时间调制的干涉谱，其数学表达式为r，1J(z)=I‘B(v)exp(i2nur)d

7、u(1)J。2式中：f(z)是干涉强度随时问的分布，B(v)是入射光谱分布，v代表波数，复原光谱由干涉谱的逆傅里叶变换得到，其光谱分辨率由最大光程差决定。r+LB(v)=lJ(x)exp(--i2mac)dr(2)西=扛1(3)式中．z为光程差增量，粕为光谱分辨率，L为最大光程差。2光程差分析计算如图2所示。椭圆面为倾斜旋转反射镜的反射面，以转镜反射面的转轴圆心。为原点，转镜转动的主轴为()z为主方向．过0点作一根平行于轴上入射光线的光线AO，以A0和OZ构筑XOZ平面并建立空间直角坐标系。旋转反射面的倾角为口，倒为转镜反射面