高光谱成像仪分光方式之干涉型光谱成像仪

高光谱成像仪按照分光方式的不同可以分为色散型成像光谱仪和干涉型成像光谱仪，而干涉型光谱成像仪根据实现方式的不同，可以分为时间调制型、空间干涉型等不同的类型。本文对高光谱成像仪分光方式之干涉型光谱成像仪做了介绍。

干涉型光谱成像仪介绍：

与光栅与棱镜的色散分光光谱仪不同，基于光束干涉现象实现入射光的光谱成分分析是光谱技术的另一个重要研究方向，傅里叶光谱仪就是该方向的典型代表。傅里叶光谱仪又名干涉型成像光谱仪，干涉型成像光谱仪将目标的入射光变成两束相干光束，并利用不同光程差的相干光源会干涉出不同图谱这一现象，对计算机采样后的干涉图谱进行傅里叶变换，实现像元干涉图谱到其光谱图谱之间的转化，从而获取到目标的光谱信息。傅里叶光谱仪的技术核心就是获取光谱像元的干涉图谱，因为该图谱的好坏直接决定了干涉型成像光谱仪的光谱覆盖范围和仪器的整体性能。

干涉型光谱成像仪的类型：

根据实现方式的不同，干涉型成像光谱仪可以分为迈克尔逊干涉型光谱仪（时间调制型）、双折射干涉型光谱仪（空间干涉型）和三角共路型光谱仪。

时间调制型光谱仪通过平稳移动自身的动镜结构，改变入射相干光束之间的光程差，从而实现目标在探测器像面上以时间序列调制的干涉图谱。对该图谱其进行傅里叶变换，能够获取目标高精度的光谱反射曲线。迈克尔逊傅里叶光谱仪对动镜的机械驱动系统有较高要求。在动镜匀速移动的过程中，任何对仪器的扰动，以及目标的位移，都会对目标光谱图像的测量引入误差。迈克尔逊光谱仪的结构，决定了它不适用于在恶劣环境中使用。

空间调制型光谱仪借助起偏器、检偏器和 Wollaston棱镜将入射光变为两束与检偏器偏振化方向一致的二线偏振光，经成像系统后，可以在探测器上得到目标的干涉图谱。双折射型干涉成像光谱仪无内部运动部件，组装结构紧凑，不易受外界扰动的影响，抗震动能力较强，可用于测量运动中目标的光谱。但空间调制型光谱仪的光学系统结构非常复杂，光谱分辨能力有限（狭缝太细会降低仪器信噪比），仅能够推扫成像。与色散型光谱仪相比，空间调制型光谱仪不利于成本的降低和仪器的后续维护。

三角共路型干涉成像光谱仪也是空间调制型光谱仪，它使用分束器将狭缝出射的光分为反射光束和透射光束，通过分布在分束器两侧的反射镜（一个动镜和一个静镜）和傅里叶透镜实现两束相干光波程差的调制。由于三角共路型成像光谱仪能够将相干光束沿相同路径反向传播，因此可以自动补偿外界物理扰动对光谱仪的影响，并能够完成对瞬变物体的光谱测量。但三角共路型光谱仪的光谱分辨能力介于迈克尔逊光谱仪和双折射型光谱仪之间，仪器的体积和光谱分辨率只能兼顾一项，因此，三角共路型光谱仪在航天航空应用中并不常见。