2 双折射偏振干涉高光谱成像的基本原理

双折射偏振干涉的高光谱成像技术基于双折射干涉成像技术，利用一个Wollaston棱镜和一个角锥来进行光束剪切，得到两束相干光进行干涉。与空间调制型的干涉成像技术相比，该方法没有用到狭缝，所以能得到较高的空间分辨率和信噪比；而且由于这种方法能得到很大的光程差，因此相应的光谱分辨率会很高。这些优势都使得该方法具有广阔的应用前景。本章首先介绍传统双折射干涉技术的原理，包括傅里叶变换的相关原理和傅里叶变换成像光谱仪的分类及偏振干涉技术的分类和原理。在此基础上，提出基于双折射偏振干涉的高光谱成像方法。在该系统的设计过程中，主要研究了光束剪切的原理及光束扫描的原理。文献综述

2。1 双折射干涉技术原理   

傅里叶变换光谱技术是光谱学中主要的分光手段之一，它的优点是宽光谱范围、高精度、高光谱通量、多光谱通道、结构紧凑等。它是基于双光束干涉现象的原理：当两束相干光的光程差发生连续变化的时候，将光强接收器输出中连续变化的部分保留下来，就能得到干涉光强随光程差变化的曲线，也就是干涉图函数。然后根据该函数计算出它的傅里叶变换，即可得到光源的光谱分布[20]。简单来说就是如果Δ是光程差，则频谱理论上可由干涉图的 做傅里叶变换得到,关系式如下：

式（2。1）中， 是干涉强度分布， 为入射光谱分布，v为波数，Δ是光程差[21]。其中最大光程差的大小决定了傅里叶变换光谱的光谱分辨率。

根据所选干涉仪的不同，其干涉图既可以在时域形成也可以在空间域形成。例如，如果需要在很小的分辨率下区分两个非常接近的峰值，则可使用迈克尔逊干涉仪，通过移动两个垂直平面镜中的一个在时域得到干涉图。但是，这样一个动态系统的主要缺点是需要对镜子的移动有很精确的控制且对干扰振动很敏感。另一方面，在测量瞬时状态时或测量中不需要很高的分辨率时，最好使用在空间域得到干涉图的干涉仪，也就是实现同路径得干涉仪或双折射干涉仪（即静态式）。相对于动态的傅里叶变换光谱仪来说，静态的傅里叶变换成像光谱仪是用面阵代替单元探测器件，且没有机械移动部件。这就使得它比动态型光谱仪多出一下优点：

（1）没有移动部件使得它的体积、功耗、重量等都比静态的光谱仪小很多[22]，而且相对来说，对于它装配要求的精度也低很多，而同时仪器可靠性会高很多。

（2）相对于动态型的机械扫描成像方式，由于静态光谱仪凝视成像的特点，使得它对地面目标物的探测时间可增加大约有N倍（其中N为面阵一行上的像素数），因此系统的信噪比相应地可提高大约 倍。

（3）这种仪器还能适应被测目标物的光谱信号发生变化速度较快的情况。

其中静态式傅里叶成像光谱仪又分为基于Sagnac干涉仪的空间调制成像光谱型和偏振干涉成像光谱型。

偏振干涉成像光谱技术自90年代出现以来引起了美国、日本、英国等国研究人员的重视[23]。它以双折射晶体代替光束分束器和反射镜等作为分光器，避免了光线及能量的损失，且仪器体积更小、重量更轻，成为成像光谱仪的代表[21]。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com

2。1。1 单轴晶体及其特性

单轴晶体是指只有一个光轴的晶体，当光线穿过这些晶体（如方解石）时，会折射成两束光，我们把这种现象称为双折射现象。双折射出的两束光分别为符合折射定律的寻常光（简称o光）和不符合折射定律的非寻常光（简称e光）。其中e光的折射率随入射角不同而相应地服从一定规律变化，以 表示。通过实验发现，o光和e光都是线偏振光，且o光的光矢量振动方向垂直于晶体的主截面，e光的光矢量振动方向平行于晶体的主截面。单轴晶体中o光