对于宽谱段、高分辨率的光谱测量场景,在探测面阵像素与像元尺寸受限的情况下,提出了双向剪切干涉的倾斜记录干涉图方式,以进行面阵探测器的多行像素拼接,在提高长波谱段分辨率的同时,避免单位剪切量增加造成的短波信息截止。以Wollaston棱镜偏振干涉具验证旋转像面的双向剪切干涉方式,计算剪切量在探测器二维空间上的载频关系,由等相位倾斜条纹衔接多列像素构成完整的干涉图。通过FRED软件模拟偏光干涉过程,以方解石晶体、C-RED ONE型探测器为例,验证等强度的1064,1550,1970 nm准单色谱线,结果显示:转角斜率为1/3时,双向剪切干涉复原谱线的位置误差小于1 nm,幅度比例达到0.9958∶0.9759∶1,1970 nm光谱分辨率提高至13 nm,为原值的2.38倍;对比复原棕榈蜡的近红外反射率光谱,768 pixel的扩展光程差反演的光谱显示出更多吸收特征,较320 pixel光程差反演的光谱分辨率增强,但因拼接误差在短波方向引入了一定的高频扰动。对影响拼接精度的剪切量进行误差分析,给出成像放大率一定时,转角误差容限与像面转角、观测波长、剪切角与分段光程差间的关系。基于像面旋转的双向剪切干涉光谱仪,解决了单纯提高剪切量带来的分辨率增强与高频截止的矛盾,拓展了系统参数的求解范围以及相关的误差容限,为宽谱段、高分辨率测量提供了选择。

介绍了一种基于多级阶梯微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的原理及数据处理方法。 仪器利用一块多级阶梯微反射镜取代传统迈克尔逊干涉仪中的动镜以实现静态干涉, 通过摆镜扫描使目标物体成像在不同的子阶梯反射面上从而获得目标物体不同光程差的干涉信息。 某一时刻, 目标物体经摆镜与前置成像系统后在平面镜与多级阶梯微反射镜上形成两个一次像点, 两个一次像点被平面镜和多级阶梯微反射镜反射之后经后置成像系统最终成像在探测器焦平面上。 平面镜与多级阶梯微反射镜之间的高度差会使到达探测器的两束光的光程差不同, 因此探测器焦平面上可以获得目标物体的二维空间信息及一维干涉信息。 根据多级阶梯微反射镜参数及光学系统设计参数计算得到摆镜步进角度为0.095°。 利用实验获得的三维数据立方体进行了图像拼接与光谱复原。 针对子阶梯反射镜存在宽度差异的问题, 提出了一种基于极坐标霍夫变换的图像分割方法。 为缓解拼接全景图中的间断线效应, 将图像变换到HSI颜色空间并插值拟合其亮度分量后再变换回原空间。 对拼接后的干涉图像进行了降维、 去直流、 寻址、 切趾、 相位校正、 傅里叶变换及光谱分辨率增强等处理, 完成了光谱复原工作。 复原光谱分辨率为194 cm-1, 优于设计指标(250 cm-1)。

Wollaston棱镜阵列中各个子棱镜的结构角间的误差影响着光谱仪的性能。从干涉图的无缝拼接入手，推导了n元Wollaston棱镜阵列的最大光程差公式，以三元Wollaston棱镜阵列为例，分析子棱镜结构角误差对光谱分辨率的影响，通过干涉条纹光强公式构建干涉图样模型，利用Matlab软件编写相关程序，仿真了630nm单色光的复原光谱，分析结构角误差对光谱的影响。实验结果表明: 当子棱镜结构角误差大于10-3数量级时，光谱中将有伪峰出现，为Wollaston棱镜阵列的研制提供了理论依据。