空间静态偏振调制干涉光谱系统的设计与仿真_陈智佳.pdf

第4 3卷 第2期桂 林 电 子 科 技 大 学 学 报V o l.4 3,N o.2 2 0 2 3年4月J o u r n a l o f G u i l i n U n i v e r s i t y o f E l e c t r o n i c T e c h n o l o g yA p r.2 0 2 3收稿日期:2 0 2 2-0 5-0 6基金项目:国家自然科学基金(4 1 9 6 1 0 5 0,4 1 9 7 5 0 3 3)通信作者:叶松(1 9 7 9-),男,研究员,博士,主要研究方向为超光谱遥感。E-m a i l:y e s o n g m a i l s i n a.c o m引文格式:陈智佳,叶松,熊伟,等.空间静态偏振调制干涉光谱系统的设计与仿真J.桂林电子科技大学学报,2 0 2 3,4 3(2):1 6 5-1 7 2.空间静态偏振调制干涉光谱系统的设计与仿真陈智佳1,叶 松1,3,熊 伟2,李 树1,3,王新强1,3,王方原1,3(1.桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院,广西 桂林 5 4 1 0 0 4;2.中国科学院 安徽光机所,合肥 2 3 0 0 3 1;3.桂林电子科技大学 广西光电信息处理重点实验室,广西 桂林 5 4 1 0 0 4)摘 要:为了更好地获取目标物的光谱偏振信息,设计了一套空间静态偏振调制干涉光谱系统。该系统结合了空间外差光谱和偏振光谱强度调制技术,只需一次采样便可同步获取目标的分辨偏振光谱信息以及高光谱分辨率的S t o k e s矢量偏振光谱。首先从偏振光谱强度调制和空间外差光谱仪的光学理论入手,对该系统的光谱信息采集和偏振信息调制解调过程进行数学推导。然后根据调制模块中高阶相位延迟器的厚度与光谱仪带宽之间的对应关系,发现现有的光谱仪带宽过窄,导致延迟器厚度过大,无法适应宽波段的光谱测量需求。结合延迟器厚度与光谱复原分辨率的约束关系,在极限厚度下得出了空间外差光谱仪的最小拓宽光谱范围。最后根据改进的参数匹配设计,对探测过程进行了计算机数值模拟。研究结果表明:在空间外差光谱仪的最小拓宽工作波段内,对C C D探测器记录的干涉图进行基于傅里叶变换的解调处理,能够高保真地复原输入光信号的S t o k e s参量的偏振光谱信息,从而验证了该系统的可行性。关键词:强度调制;空间外差光谱技术;偏振光谱;傅里叶变换;S t o k e s参量中图分类号:O 4 3 3.1 文献标志码:A 文章编号:1 6 7 3-8 0 8 X(2 0 2 3)0 2-0 1 6 5-0 8D e s i g n a n d s i m u l a t i o n o f s p a t i a l s t a t i c p o l a r i z a t i o n m o d u l a t i o n i n t e r f e r o m e t r i c s p e c t r o s c o p y s y s t e mC H E N Z h i j i a1,Y E S o n g1,3,X I O N G W e i2,L I S h u1,3,WA N G X i n q i a n g1,3,WA N G F a n g y u a n1,3(1.S c h o o l o f E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g a n d A u t o m a t i o n,G u i l i n U n i v e r s i t y o f E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y,G u i l i n 5 4 1 0 0 4,C h i n a;2.A n h u i I n s t i t u t e o f O p t i c s a n d F i n e M e c h a n i c s,C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s,H e f e i 2 3 0 0 3 1,C h i n a;3.G u a n g x i K e y L a b o r a t o r y o f O p t o e l e c t r o n i c i n f o r m a t i o n P r o c e s s i n g,G u i l i n U n i v e r s i t y o f E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y,G u i l i n 5 4 1 0 0 4,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o b e t t e r o b t a i n h y p e r s p e c t r a l p o l a r i z a t i o n i n f o r m a t i o n,a s p a t i a l l y s t a t i c p o l a r i z a t i o n m o d u l a t i o n i n t e r f e r o-m e t r i c s p e c t r o s c o p y s y s t e m i s d e s i g n e d.T h e s y s t e m c o m b i n e s s p a t i a l h e t e r o d y n e s p e c t r o s c o p y a n d p o l a r i z a t i o n s p e c t r a l i n-t e n s i t y m o d u l a t i o n t e c h n o l o g y,a n d c a n s y n c h r o n o u s l y d e t e c t t h e r e s o l v e d p o l a r i z a t i o n s p e c t r a l i n f o r m a t i o n o f t h e g o a l a n d t h e h i g h s p e c t r a l r e s o l u t i o n S t o k e s v e c t o r p o l a r i z a t i o n s p e c t r u m w i t h o n l y o n e s a m p l i n g.I n t h e f i r s t p l a c e,b a s e d o n t h e o p t i-c a l t h e o r y o f p o l a r i z a t i o n s p e c t r a l i n t e n s i t y m o d u l a t i o n a n d s p a t i a l h e t e r o d y n e s p e c t r o m e t e r,t h e m a t h e m a t i c a l f o r m u l a s a r e d e d u c e d f o r t h e s p e c t r a l i n f o r m a t i o n a c q u i s i t i o n a n d p o l a r i z a t i o n i n f o r m a t i o n m o d u l a t i o n a n d d e m o d u l a t i o n p r o c e s s o f t h e s y s-t e m.T h e n,a c c o r d i n g t o t h e c o r r e s p o n d i n g r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e t h i c k n e s s o f t h e h i g h-o r d e r p h a s e r e t a r d e r i n t h e m o d u-l a t i o n m o d u l e a n d t h e b a n d w i d t h o f s p e c t r o m e t e r,i t i s f o u n d t h a t t h e b a n d w i d t h o f t h e e x i s t i n g s p e c t r o m e t e r i s t o o n a r r o w,r e s u l t i n g i n t h e t h i c k n e s s o f t h e r e t a r d e r b e i n g t o o l a r g e,w h i c h c a n n o t a d a p t t h e r e q u i r e m e n t s o f w i d e-b a n d s p e c t r a l m e a s-u r e m e n t.T h e r e f o r e,c o m b i n e d w i t h t h e c o n s t r a i n t r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e r e t a r d e r t h i c k n e s s a n d t h e s p e c t r a l r e s t o r a t i o n r e s o l u t i o n,t h e m i n i m u m b r o a d e n e d s p e c t r a l r a n g e o f t h e s p a t i a l h e t e r o d y n e s p e c t r o m e t e r i s o b t a i n e d u n d e r t h e l i m i t t h i c k-n e s s.F i n a l l y,a c c o r d i n g t o t h e i m p r o v e d p a r a m e t e r m a t c h i n g d e s i g n,t h e c o m p u t e r n u m e r i c a l s i m u l a t i o n o f t h e d e t e c t i o n p r o c e s s i s c o n d u c t e d.T h e r e s e a r c h r e s u l t s s h o w t h a t i n t h e m i n i m u m w i d e n i n g w o r k i n g b a n d o f t h e s p a t i a l h e t e r o d y n e s p e c-DOI:10.16725/45-1351/tn.2023.02.010桂林电子科技大学学报2 0 2 3年4月t r o m e t e r,t h e i n t e r f e r o g r a m r e c o r d e d b y t h e C C D d e t e c t o r c a n b e d e m o d u l a t e d b a s e d o n F o u r i e r t r a n s f o r m,a n d t h e p o l a r i z a-t i o n s p e c t r u m i n f o r m a t i o n o f t h e S