一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法及其装置制造方法及图纸

一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法及其装置。所述方法是将菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜系统结合，利用卡塞格伦望远镜收集光信号，传输到菲涅尔波带片，经由菲涅尔波带片汇聚、分光，将不同波长的光波反射到探测器，实现多光谱探测，所述基于菲涅尔波带片的多光谱探测装置，在不同色散光的会聚位置放置单像素探测器，实现多光谱同时探测。所述装置包括菲涅尔波带片、卡塞格伦望远镜系统和探测器。本发明专利技术结构简单轻便，校准方便，对温度、老化及振动抵抗能力强，可广泛应用于测距、环境监测、食品卫生、生物医学、半导体工业，以及无人机、宇航探测等领域，具有很高的实用价值。

Multi spectral detection method and device based on Finel zone plate

Multi spectral detection method and device based on Finel zone plate. The method is to combine Finel's plate with the Casey Glenn telescope system, collecting optical signals using the Casey Glenn telescope, transmitted to Finel's plate, through Finel's plate convergence, light, light reflection of different wavelengths to achieve multi spectral detector, detector, the spectra of Finel zone plate detection device based on placement a single pixel detector in the converging position of different color light, realize multispectral detection at the same time. The device comprises a Finel zone plate, Cassegrain telescope system and detector. The invention has simple and convenient structure, convenient calibration, temperature, aging and vibration resistance ability, can be widely used in distance measurement, environmental monitoring, food hygiene, biomedical, semiconductor industry, and the field of UAV, space exploration, has very high practical value.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学微器件制备及遥感探测领域，特别涉及一种基于菲涅尔波带片的多通道光谱探测技术，具体地讲，涉及一种利用离轴菲涅尔波带片和卡塞格伦望远镜系统的多通道光谱探测方法及装置。
技术介绍
光谱仪又称分光仪，是用光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长强度的装置。常见的光谱仪，是将光线通过一个具有光栅的狭小缝隙，利用光栅来控制光谱仪器的分辨率。衍射光栅作为色散元件，经过特定设计，将不同波长的光以不同的角度反射出去，使得辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，分析系统在选定的波长上(或扫描某一波段)对分离出的各个波长的光，进行强度测定。目前，常见的色散分光技术包括，光栅分光、声光可调谐滤波分光和棱镜分光等。这些方案，系统结构较复杂，装置体积和质量大。
技术实现思路
专利技术目的：克服现有光谱探测技术中的不足，提供一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法及其装置，该菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜配套使用，可以充分利用卡塞格伦望远镜小视场、高增益特点，以及菲涅尔波带片光放大及分光的作用，提高弱信号光强度，并降低排除视场外背景光干扰。该多光谱探测装置简单轻便，方便维护和使用，具有很高实用价值。本专利技术采用的技术方案是：一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法，将菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜系统结合，利用卡塞格伦望远镜收集光信号，传输到菲涅尔波带片，经由菲涅尔波带片汇聚、分光，将不同波长的光波反射到探测器，实现多光谱探测。上述技术方案中，所述的菲涅尔波带片采用离轴菲涅尔波带片，所述离轴菲涅尔波带片为在完整波带片上偏离中心截取的一部分。上述技术方案中，所述的卡塞格伦望远镜系统包括卡塞格伦望远镜主镜和卡塞格伦望远镜副镜，所述将菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜系统结合是指将菲涅尔波带片置于卡塞格伦望远镜出射孔径上，调整卡赛格伦望远镜系统中副镜与主镜的几何参数，使主镜收集的光线经副镜反射后，以平行光垂直入射菲涅尔波带片。上述技术方案中，在菲涅尔波带片光轴不同位置放置微反射镜系统，将会聚的光线传输到单像素探测器，或者将单像素探测器放置在菲涅尔波带片光轴上，直接探测会聚的目标光，实现多通道光谱同时探测。实现上述基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法的具体步骤包括：(1)设计菲涅尔波带片微结构，获得合适的探测波长的焦距和光放大倍率；(2)设计具有一定视场和增益的卡塞格伦望远镜，调整主镜和副镜，获得垂直出射孔径的平行光；(3)再利用电子束蒸发镀膜、电子束曝光和等离子体刻蚀技术完成微结构的制备；(4)将菲涅尔波带片装配在卡塞格伦望远镜的出射孔径，利用光阑或者直接裁剪使得菲涅尔波带片以离轴方式工作；(5)菲涅尔波带片光轴不同位置放置微反射镜系统，将会聚的光线传输到单像素探测器，或者将单像素探测器放置在菲涅尔波带片光轴上，直接探测会聚的目标光，实现多通道光谱同时探测。菲涅尔波带片的半波带，要根据需要探测的目标光波长进行设计，半波带数目决定了光放大的倍率，半波带数目越大，菲涅尔波带片尺寸越大；菲涅尔波带片的焦距与波长成反比，长波焦距短。一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测装置，包括菲涅尔波带片、卡塞格伦望远镜系统和探测器，所述的菲涅尔波带片置于卡塞格伦望远镜出射孔径上；所述探测器放置在菲涅尔波带片光轴上，或者在菲涅尔波带片光轴的不同色散光会聚位置放置在能接收微反射镜系统，将会聚的光线传输到探测器。上述技术方案中，所述的菲涅尔波带片采用离轴菲涅尔波带片，离轴菲涅尔波带片为在完整波带片上偏离中心截取的一部分。上述技术方案中，所述的卡塞格伦望远镜包括卡塞格伦望远镜主镜和卡塞格伦望远镜副镜。上述技术方案中，所述的探测器采用单像素探测器。菲涅尔波带片对垂直入射的平行光具有强大的会聚及分光能力。对于具有N个半波带的波带片，焦点处的光强是自由光强的4N2倍，可以实现对微弱光信号的放大；菲涅尔波带片对垂直入射的平行光具有很好的分光性能，但不同波长的光波的主焦点都在光轴上，从光轴方向观察时，不同波长的光波仍然混合在一起，不利于探测。在完整波带片上偏离中心的地方截取一部分(离轴菲涅尔波带片)，则不同波长的光波将在原完整菲涅尔波带片光轴上彼此分离的焦点会聚，可以实现不同波长的光波较好的分离(离轴分光)；当平行光以一定角度入射时，菲涅尔波带片的会聚能力将降低，并且失去分光的作用；当光以漫散射的形式入射波带片时，波带片基本丧失会聚能力，并且也丧失了分光的作用。卡塞格伦望远镜系统与菲涅尔波带片组合使用，在收集光信号的同时，为菲涅尔波带片提供垂直入射的信号光；菲涅尔波带片是光谱探测的色散分光元件，具有体积小、质量轻、稳定性高等优点；入射光经菲涅尔波带片后发生衍射，信号光被相干放大，适合探测弱光目标；采用单像素探测器独立工作，实现多光谱同时探测，具有结构简单、成本低、信噪比高和稳定性好等优点。本专利技术能对微弱目标光信号进行干涉放大，结构简单、紧凑，可靠性高，便于使用和维护。附图说明图1为菲涅尔波带片衍射原理图；图2为平行光垂直入射波带片时轴向聚光及分光情况；图3为离轴菲涅尔波带片示意图。图3中，11是一块完整的菲涅尔波带片，12是在完整的菲涅尔波带片的基础上，偏离中心位置截取的一块圆形的离轴菲涅尔波带片；图4为离轴菲涅尔波带片分光示意图。图4中，平行光垂直入射离轴菲涅尔波带片，不同波长的光波会聚在原菲涅尔波带片光轴的不同位置，21～23是分别对应3个不同波长光波的光谱探测器；图5为主焦面上光强分布；图6为卡塞格伦望远镜示意图。图6中，通过合理调节副镜与主镜的距离，设置副镜参数，能使光线以平行光从系统射出，为后续光学元件如菲涅尔波带片提供了理想的垂直入射光；图7为离轴菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜组合装置侧视图。图7中，31是卡塞格伦望远镜的主镜，32是卡塞格伦望远镜的副镜，离轴菲涅尔波带片12位于卡塞格伦望远镜出射孔径，h1是主镜顶与副镜顶的距离，h2是主镜顶点处的厚度，h3是主镜边缘厚度，h4是主镜边缘宽度，D1是主镜边缘的外口径，D3是主镜上出射孔径的直径；图8为卡塞格伦望远镜主镜俯视图。图8中，D2是主镜边缘的内口径；图9为卡塞格伦望远镜副镜侧视图。图9中，h5是副镜边缘的厚度，h6是副镜中心的厚度，D4是副镜的口径；图10为本专利技术结构原理示意图。图中标记与图7同。具体实施方式参见附图，本专利技术的一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法，将菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜系统结合，利用卡塞格伦望远镜收集光信号，传输到菲涅尔波带片，经由菲涅尔波带片汇聚、分光，将不同波长的光波反射到探测器，实现多光谱探测，所述的菲涅尔波带片采用离轴菲涅尔波带片，所述离轴菲涅尔波带片为在完整波带片上偏离中心截取的一部分，所述的卡塞格伦望远镜系统包括卡塞格伦望远镜主镜和卡塞格伦望远镜副镜，所述将菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜系统结合是指将菲涅尔波带片置于卡塞格伦望远镜出射孔径上，调整卡赛格伦望远镜系统中副镜与主镜的几何参数，使主镜收集的光线经副镜反射后，以平行光垂直入射菲涅尔波带片，在菲涅尔波带片光轴不同位置放置微反射镜系统，将会聚的光线传输到单像素探测器，或者将单像素探测器放置在菲涅尔波带片光轴上，直接探测会聚的目标光，实现多通道光谱同时探测。一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测装置，包括菲涅尔波带片、卡塞格伦望远镜系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法，其特征在于：将菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜系统结合，利用卡塞格伦望远镜收集光信号，传输到菲涅尔波带片，经由菲涅尔波带片汇聚、分光，将不同波长的光波反射到探测器，实现多光谱探测。

【技术特征摘要】
1.一种基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法，其特征在于：将菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜系统结合，利用卡塞格伦望远镜收集光信号，传输到菲涅尔波带片，经由菲涅尔波带片汇聚、分光，将不同波长的光波反射到探测器，实现多光谱探测。2.根据权利要求1所述的基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法，其特征在于：所述的菲涅尔波带片采用离轴菲涅尔波带片，所述离轴菲涅尔波带片为完整波带片上偏离中心截取的一部分。3.根据权利要求1所述的基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法，其特征在于：所述的卡塞格伦望远镜系统包括卡塞格伦望远镜主镜和卡塞格伦望远镜副镜，所述将菲涅尔波带片与卡塞格伦望远镜系统结合是指将菲涅尔波带片置于卡塞格伦望远镜出射孔径上，调整卡赛格伦望远镜系统中副镜与主镜的几何参数，使主镜收集的光线经副镜反射后，以平行光垂直入射菲涅尔波带片。4.根据权利要求1所述的基于菲涅尔波带片的多光谱探测方法，其特征在于：在菲涅尔波带片光轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：方靖岳，王晓峰，贾红辉，常胜利，
申请(专利权)人：湖南宏动光电有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43