基於浸入式光柵的偏振超光譜成像技術研究

《基於浸入式光柵的偏振超光譜成像技術研究》是依託西安電子科技大學，由唐茜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於浸入式光柵的偏振超光譜成像技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：唐茜
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

在科學遙感探測領域中，光譜儀的套用十分廣泛。其中基於浸入式光柵的光譜設備以其克服了小體積與超高光譜分辨本領之間矛盾的特性，成為目前國際上的研究熱點，而國內尚未見相關報導。同時，將浸入式光柵套用於偏振光譜成像光學系統的研究在國內外也尚無涉及。本項目主要針對小型緊湊、結實易用的偏振超光譜成像套用需求（深空遙感探測、對地遙感觀測等），提出一種以浸入式光柵為色散元件、利用偏振分束器同時獲得正交線偏振圖像信息的新型偏振超光譜成像方案。通過理論分析、系統仿真、最佳化評估等手段，對浸入式光柵的特性及其在偏振系統中的套用、成像系統總體匹配最佳化設計等方面所涉及的若干基礎理論問題和關鍵技術問題，展開具有針對性和探索性的研究，所獲得的成果對於偏振超光譜技術在遙感探測等多個領域的發展具有重要的理論意義與實際價值。

結題摘要

很多領域在對光譜解析度的要求日益提升的同時，又通常要求儀器具備小型、輕量、高魯棒性等優點。本項目基於光柵型光譜儀無運動部件的優勢，結合一種新型光柵——浸入式光柵，在一定程度上解決了傳統光柵型光譜儀高分辨和小體積之間的矛盾，並且創新性的在系統中加入偏振測量組件，可同時獲取偏振信息與光譜信息。本項目為工程套用前期理論方面的探索研究。由於在大氣探測中常用到超精細光譜儀，而光譜儀接收到的光信號往往帶有偏振成分，針對超光譜成像探測設備的消偏需求，提出了一種新型消偏器，消偏度可達98%以上。研究發現，浸入式光柵譜線相較於普通光柵的分布有明顯差異，“梯形”譜線發生傾斜，Littrow波長漂離中心波長。在以長波配準Littrow條件時，譜線向短波端傾斜，以短波配準時則向長波端傾斜。熱紅外譜段，“梯形”譜線傾斜較小，更接近普通光柵的情況。從衍射角、角色散以及非線性度等方面，與普通光柵進行對比討論，分析了浸入式光柵的色散非線性性。研究發現：浸入式光柵的衍射角分布有較大傾斜；折射率變化對於浸入式光柵的每一級次均存在影響，尤其是折射率下降較快的高級次更為明顯；經過三個光柵常數的對比，其對角色散的影響不明顯；浸入式光柵的色散非線性性大於普通光柵。光柵常數對應的滿足Littrow條件的級次達到最小非線性度，其它級次的非線性度關於該級次呈拋物線型對稱。由於譜線反演是基於測量所得的折射率，研究討論了折射率測量誤差對於浸入式光柵譜線的影響。目前可見光譜段的折射率測量誤差普遍約為10-4，正負誤差基本呈對稱分布，譜段內各波長的譜線漂移在0.8個像元之內，漂移像元數隨波長的增大而增加，折射率正（負）誤差導致譜線向負（正）方向漂移。由於折射率隨波長的增大而減小，因此同樣的誤差所導致的誤差百分比隨波長而增加。在誤差增大或降低一個數量級，則漂移像元數也隨之增大或降低相同的數量級。以上研究結果，對於下一步研製基於浸入式光柵的偏振成像光譜儀設計及套用具有重要意義。