双弹光拍频调制型Fourier-Bessel变换成像光谱技术研究.pdf

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1、第34卷，第2期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．2，pp569—5732014年2月SpectroscopyandSpectralAnalysisFebruary，2014双弹光拍频调制型Fourier—Bessel变换成像光谱技术研究王志斌，张瑞，王耀利，黄艳飞，陈友华，王立福，杨强1．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原0300512．中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西太原030051摘要针对现有弹光调制器(photoelastic-modulator，PEM)的调制频率高(几十kHz以上)，调制

2、干涉信号频率更高，普通阵列探测器无法有效采集，提出了一种基于双弹光调制器拍频调制和傅里叶一贝塞尔(Fourier-Besse1)变换的光谱测量方法，并结合CCD成像技术构成新型双弹光调制成像光谱技术(dual-photo—elastic-modulator-basedimagingspectrometer，Dual—PEM-IS)。该方法将双弹光调制器分别工作在数值略有差异的频率上，以对光进行拍频调制，并产生载有被测光的低频调制分量(比驱动频率小2～3个数量级，普通CCD可实现探测)，通过对调制信号中的低频成分进行Fourier-Bes

3、sel变换可得到目标光谱，使得弹光调制兼具了成像和光谱测量能力。介绍了其原理并推导出光谱反演公式，并通过仿真和实验验证其可行性，分析了光程差的微小偏差对反演光谱造成的影响，为进一步工程化实现提供了必要的理论基础。关键词双弹光调制；成像光谱；傅里叶一贝塞尔变换；拍频中图分类号：0436．3文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2014)02—0569—05由于PEM调制频率高(数十～数百kHz)

4、6]，采用面阵探测引言器进行成像光谱获取存在一定的困难_8州，为此提出双弹光调制器差频调制成像光谱方法，该方法

5、不仅保留原PEM大成像光谱技术是将成像技术和光谱技术相结合的多维信部分优点，而且通过双PEM拍频降低了调制频率(数十～数息获取技术，它既能得到目标的图像信息，又能得到每个像百Hz)，使得普通面阵探测器就可以实现探测，但光谱反演元对应目标的光谱信息。这使得成像光谱技术在测量、环境已不是传统的傅里叶变换，而需对低频的调制干涉信号进行监测、农业、生化分析、天文学、军事科学等领域中有很高Fourier-Bessel变换得到被测光谱。的应用价值¨1。]。成像光谱技术从分光原理上主要分为色散型和干涉型两大类。由于色散型成像光谱仪光谱分辨率与狭1Du

6、al—PEM-IS基本原理缝宽度成反比，要获得更高光谱分辨率，就需减小狭缝宽度，使得光能利用率降低。随着对成像光谱仪技术指标要求Dual—PEM-IS系统原理图如图1所示，整个系统主要由的提高，主要表现在空间分辨率、光谱分辨率和对弱信号的离轴三反望远准直、双弹光调制和数据处理三模块组成。由探测能力等方面，色散型成像光谱仪渐渐不能满足要求。而于反射式成像光学系统具有波长范围宽、透过率高以及色差干涉型成像光谱仪在原理上有高光谱分辨率和高光能利用率小等特点口，被测光首先通过由主镜、次镜和三镜组成的离等优点。轴三反望远准直模块汇聚于双弹光调制模

7、块；调制模块由起在干涉型成像光谱技术中，基于弹光调制器(photoelas—偏器P1、双PEM(PEM1和PEM2)和检偏器P2组成，双ticmodulator，PEM)的光谱测量方法具有通光角孔径大(可PEM的驱动工作在不同的频率下，以对被测光进行拍频调用的锥角±50。)、受光面积大、调制频率范围宽、光谱范围制；调制后的光经过CCD转化为电信号，再由低通滤波得到宽(紫外到红外)、稳定性好等特点【_5]，在大视场、高灵敏所需的信号，对CCD各个像元探测的光电信号Fourier-Bes—度、宽光谱成像测量中具有不可比拟的优势和较高潜力。但

8、sel变换后就可得到对应空间位置的光谱信息，由于CCD不收稿日期：2013—05—22。修订日期：2013—07—19基金项目：国家自然科学基金仪器专项基金项目(61127015)，国际科技合作项目(2012DFA10680)，山西省国际科技合作项目(2010081038)资助作者简介：王志斌，1966年生，中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室教授e-mail：wangzhibin@nuc．edu．cn*通讯联系人e-mail：ruizhanghy@163．com57O光谱学与光谱分析第34卷Primarymirror：毒一～叁F

9、ig．1Imagingspectrometerschematicdiagrambasedondual-PEM同像元探测的光对应着空间不同位置的被测光，所以把CCD+一()sinGolt一)+ao(d)sin