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滤光型高光谱成像仪有哪些类型?不同类型有什么特点?

时间:2023-09-26 点击:301次

高光谱成像仪作为光电检测仪器,它能够获取连续、窄波段的高光谱分辨率的图像数据,是一种将成像技术和光谱技术相结合的多维信息获取技术。其根据光谱分光方式的不同,可以分为不同的类型,主要有色散型、滤光型和干涉型。本文对滤光型光谱成像仪做了详细的介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!

高光谱成像仪

滤光型高光谱成像仪的类型:

传统的滤光型光谱成像技术是在宽波段成像光路中,增加带有窄带滤光片的切换机构,每次一个窄带滤光片切入光路,并得到该波段窄带空间图像,各个窄带滤光片先后切入光路,获得完整的光谱数据立方体,常用于多光谱成像。

可调谐滤光型光谱成像技术就是在这种方式的基础上发展而来,通过可自由调谐的滤光器件,实现每个瞬态得到一个窄带图像,常见的可调谐滤波方式有声光可调谐滤光型(AOTF)、液晶可调谐滤光型(LCTF)、电光可调谐滤光型、Fabry-Perot可调谐滤光型等。下文只介绍AOTF与LCTF两种可调谐滤光方式。


声光可调谐滤光型光谱成像仪:

AOTF有共线型和非共线型两类。在声光晶体介质中,共线型AOTF入射光、衍射光、声波的传播方向相同,而非共线性型AOTF入射光、衍射光、声波的传播方向不同。尽管共线型AOTF具有入射角孔径大和分辨率高的优点,但是符合共线条件的声光晶体不多,并且共线型AOTF的结构比较复杂,因此限制了共线型声光可调谐滤波器的应用和发展。

非共线声光滤光器原理

声光可调滤光器是根据各向异性声光晶体介质中的反常布拉格(Bragg)衍射的原理研究制作而成的一种新型的分光元件,如上图所示,主要由可调谐射频源、压电超声换能器、声光晶体、压电超声换能器和吸声体组成。可调谐射频源给压电超声换能器提供频率可调的高频电信号激励。压电超声换能器利用压电晶体的逆压电效应,接收高频驱动电信号,在交流电场的作用下,通过机械振动把电信号转换成同频率的超声波,并传入声光晶体中。声光晶体是声光可调滤光器的核心,是光波和声波相互作用的场所,当满足布拉格衍射条件时,入射光会产生布拉格衍射,对于一定的超声波频率,只有一定的光波长才会发生衍射,改变超声波的频率就能改变衍射光的波长。声光晶体一般采用具有较高的声光品质因素和较低声衰减的双折射晶体,光谱成像中常用的声光晶体有Te02。吸声体吸收通过晶体后的声波,防止反射回去的声波与入射时的声波和光波产生相互作用。

与棱镜、光栅色散型光谱成像技术相比,声光调制型光谱成像技术特点是:

①体积小、重量轻、全固态无移动部件;

②电调谐易于快速实现波长任意切换或连续扫描,时间分辨率高,16000波长点/s;

③利用反常布拉格衍射,衍射效率高,适用于作为光谱分析仪器。


液晶可调谐滤光型光谱成像仪:

液晶可调谐滤光片LCTF是利用液晶电控双折射效应制成的新型分光器件。LCTF由多个Lyot波片单元级联构成,单组Lyot波片如下图所示,由偏振片、液晶、石英构成相位延迟片。

LCTF的结构

LCTF 滤光型光谱成像技术的特征是:施加不同的电压,调节双折射液晶造成的相位差,从而使不同波长的光发生干涉,实现对不同波长的连续可调性扫描;优点是:无移动部件、孔径大、视场角大,采用电控可实现连续可调谐。但LCTF采用偏振片进行起偏、检偏,使得光能利用率低,探测器需采用低照度宽波段探测器,或像增强器,不利于目标探测识别,限制了实际应用。

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