量示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒?發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0034] 實施例
[0035] 圖2為本發(fā)明實施例提供的一種外差式偏振干涉成像光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 2所示，其主要包括：
[0036] 依次設(shè)置的前置鏡L0、準直鏡LU起偏器P、Savart偏光鏡、1/4波片QWP、偏振光 柵對（偏振光柵PGl與偏振光柵PG2)、分析器（檢偏器）A、成像鏡L2、面陣探測器D以及數(shù) 據(jù)圖像處理系統(tǒng)；
[0037] 其中，前置鏡用于將探測目標成像在視場光闌處，所述視場光闌位于準直鏡的前 焦平面上；所述探測器位于成像鏡的后焦面上。
[0038] 進一步的，所述起偏器的偏振化方向在XY平面內(nèi)且與X、Y軸正向成45°。
[0039] 進一步的，所述Savart偏光鏡包括兩塊厚度為t的單軸晶體，第一塊晶體的光軸 在XZ平面內(nèi)且與X、Z軸正向成45° ;第二塊晶體的光軸在YZ平面內(nèi)且與Y、Z軸正向成 45。。
[0040] 進一步的，所述偏振光柵對中，偏振光柵PG2與偏振光柵PGl的刻線密度相同，且 他們的刻線方向和刻線平面均互相平行。
[0041] 本發(fā)明實施例所提供的上述外差式偏振干涉成像光譜儀的成像過程如下：
[0042] 目標上某一點發(fā)出的光經(jīng)過LO和LI后變?yōu)槠叫泄馊肷涞狡鹌鱌上，光線經(jīng)過 起偏器P后變?yōu)榫€偏振光進入Savart偏光鏡；線偏振光進入Savart偏光鏡的第一塊晶體 后分為尋常光（〇光）和非尋常光（e光），〇光沿原方向傳播，e光發(fā)生偏折，之后分開的兩 束光入射到第二塊晶體，原〇光變?yōu)閑光產(chǎn)生偏折，再經(jīng)過Savart偏光鏡的后表面偏折后 沿平行于入射方向射出（〇e光），同理，原e光變?yōu)椹柟馄酆笱仄叫杏谌肷浞较蛏涑觯╡o 光）。因此，光線經(jīng)過Savart偏光鏡后變?yōu)檎駝臃较蚧ハ啻怪钡钠叫杏谌肷浞较蚯揖哂幸?定間距（橫向剪切量）的兩束線偏振光。之后，這兩束線偏振光經(jīng)過后1/4波片（QWP)后 變?yōu)閮墒D(zhuǎn)方向相反的圓偏振光（右旋偏振光和左旋偏振光）。然后入射到平行偏振光 柵對（偏振光柵PGl與偏振光柵PG2)中，右旋偏振光和左旋偏振光經(jīng)過偏振光柵PGl后分 別產(chǎn)生+1級衍射和-1級衍射，不同波長的入射光其衍射角不同，如圖2所示，虛線所表示 的光線的衍射角大于實線所表示的光線的衍射角。由于這對平行偏振光柵對的作用，光線 經(jīng)過偏振光柵PG2衍射后，其出射方向與入射偏振光柵PGl時的方向相同，即具有一定間距 (橫向剪切量）的兩束光經(jīng)過偏振光柵對后間距（橫向剪切量）產(chǎn)生了變化，且間距（橫向 剪切量）與波數(shù)相關(guān)。隨后，兩束光經(jīng)過檢偏器A后變?yōu)槠叫邢喔晒?；兩束平行相干光束?jīng) 過成像鏡L2后在探測器D上相干疊加，不同的目標點成像在探測器D的不同位置處，最終 得到疊加了干涉信息的目標圖像，經(jīng)過后續(xù)數(shù)據(jù)圖像處理后，即可復(fù)原出目標的光譜信息。
[0043] 本發(fā)明實施例所提供的外差式偏振干涉成像光譜儀是一種時空聯(lián)合調(diào)制的成像 光譜儀，某一被測目標點的完整干涉圖需要經(jīng)過儀器推掃獲得，推掃過程如圖3所示。該圖 中以5個探測器像元作為示意（xl~x5)，被測目標點經(jīng)過5次推掃獲得其完整干涉圖，分 別對應(yīng)tl時刻的xl，t2時刻的x2, t3時刻的x3, t4時刻的x4,以及t5時刻的x5。
[0044] 本發(fā)明實施例中，系統(tǒng)得到的干涉圖與兩束光的橫向剪切量有關(guān)，系統(tǒng)的等效光 路圖如圖4所示，Savart偏光鏡與偏振光柵對將探測目標分為兩個虛像，兩虛像之間的剪 切量與波數(shù)相關(guān)，不同的目標點成像在探測器的不同位置處。其橫向剪切量由兩部分組成， 一部分是Savart偏光鏡引入的橫向剪切量，為：
[0046] 式中，a = l/iv b = 1/η。，η。與n ^分別為尋常折射率與非常折射率，Θ為入射光 線的視場角。通常情況下，視場角是比較小的，此時，sin Θ項與其高階項相對于常數(shù)項可 以忽略，Savart偏光鏡產(chǎn)生的橫向剪切量可以近似為：
[0048] 另一部分為偏振光柵對引入的橫向剪切量，該部分剪切量如圖5所不，其引入的 附加剪切量表達式為：
[0049] dg= s (tan β Atan β 2);
[0050] 式中，s為光柵對的間距，β 1與β 2分別為右旋偏振光與左旋偏振光經(jīng)過偏振光 柵后的衍射角。衍射角大小由光柵方程決定： CN 105181141 A 兄明 5/7 頁
[0053] 式中，nv 別為兩條光線的衍射級次，g為光柵刻線密度，α為入射角。將光 柵方程帶入前述dg表達式中可以得到：
[0055] 當(dāng)入射角較小，且光譜范圍不大時，上式可近似為：
[0057] 式中，p與q由光柵參數(shù)決定。系統(tǒng)總的橫向剪切量為：
[0059] 可以看到，系統(tǒng)的橫向剪切量與波數(shù)相關(guān)。
[0060] 外差式偏振干涉成像光譜儀中，被測目標經(jīng)過系統(tǒng)后分為兩個具有一定橫向剪切 量虛像，經(jīng)過成像鏡后成像在探測器上，探測器上不同位置處的干涉強度與對應(yīng)的入射光 譜強度關(guān)系為：
[0062] 式中，I (X)為干涉強度，B( 〇 )為入射光譜強度，&為成像鏡L2的焦距。將前述 d表達式帶入上式中，并做變量代換可得到：
[0064] 式中，
〇。為基準波數(shù)，從上式可以看出，干 涉圖的零頻分量不再從〇波數(shù)開始，而是從基準波數(shù)σ c開始，即具有了外差的特點，該特 點使得系統(tǒng)可以通過較少的采樣點數(shù)在基準波數(shù)附近獲得很高的光譜分辨率。通過對某一 目標點的完整干涉圖進行傅里葉變換即可復(fù)原出其對應(yīng)的光譜信息。由傅里葉變換性質(zhì)可 知，若X的取樣范圍為：-L~+L，則對應(yīng)的光譜分辨率為：
[0066] 探測器采樣點數(shù)為N時，由Nyquist采樣定理可知，對應(yīng)的光譜范圍為：
[0068] 本發(fā)明的突出特點是在偏振干涉成像光譜儀中加入了一對平行偏振光柵，從而使 不同波長的入射光產(chǎn)生了不同的橫向剪切量，進而使得系統(tǒng)得到的干涉圖具有了外差的特 點，降低了干涉圖的頻率。干涉圖的零頻分量對應(yīng)于基準波數(shù)（通常將基準波數(shù)設(shè)為系統(tǒng) 最小波數(shù)），最高頻率仍然對應(yīng)最大波數(shù)，即干涉圖的所對應(yīng)的光譜范圍為：
[0069] A σ = σ nax- σ ηιη；
[0070] 這樣，在采樣點數(shù)不變的情況下，儀器分辨率可以達到：
[0072] 而傳統(tǒng)的干涉光譜儀中，由Nyquist采樣定理可知，干涉圖的采樣頻率需大于干 涉圖最高頻率的兩倍，由于干涉圖的零頻對應(yīng)于入射光的零波數(shù)，干涉圖的最高頻率對應(yīng) 于入射光的最大波數(shù)，干涉圖的采樣點數(shù)為N時，在滿足采樣定理的情況下，儀器的光譜分 辨率為：
[0074] 顯然，與傳統(tǒng)的偏振干涉光譜儀相比，本發(fā)明實施例提供的外差式偏振干涉成像 光譜儀通過降低干涉圖的頻率，在采樣點數(shù)不變的情況下，儀器的光譜分辨能力明顯提高。
[0075] 需要說明的是，本發(fā)明實施例所述的起偏器、檢偏器與Savart偏光鏡的放置角 度，偏振光柵對之間的距離、偏振光柵對與系統(tǒng)光軸之間的夾角、Savart偏光鏡的光學(xué)材料 等參數(shù)是可以根據(jù)實際情況或者經(jīng)驗進行設(shè)定，本發(fā)明并不對上述參數(shù)進行限定。
[0076] 另一方面，本發(fā)明實施例還提供一種外差式偏振干涉光譜成像方法，其成像過程 如下：
[0077] 利用前置鏡將探測目標成像在視場光闌處