Explorando el principio y la aplicación del espectrómetro interferométrico de tipo aire acondicionado por tiempo

Entre los muchos tipos de espectrómetros, los espectrómetros interferométricos se distinguen por su...Alto rendimiento lumínico, alta resolución espectral, alta relación señal-ruido y amplia cobertura de banda.Posee ventajas significativas. A diferencia de los espectrómetros dispersivos tradicionales que se basan en prismas o rejillas, utiliza el principio de interferencia para superponer luz de diferentes longitudes de onda y formar franjas, y luego emplea la transformada de Fourier para decodificar la información de interferencia en un espectro. Esto le permite distinguir longitudes de onda extremadamente cercanas, mantener una alta relación señal-ruido en condiciones de luz débil o infrarroja, y lograr mediciones de banda ancha desde la luz visible hasta el infrarrojo medio y lejano. Se utiliza ampliamente en el monitoreo atmosférico, la teledetección ambiental y el análisis de materiales infrarrojos. El núcleo de un espectrómetro interferométrico reside en generar y registrar cambios en la diferencia de trayectoria óptica (DPO) para obtener franjas de interferencia completas y recuperar la distribución espectral. Según el método de adquisición de la DPO, se puede dividir en tipos modulados en el tiempo, modulados espacialmente y controlados en el tiempo. Este artículo se centrará en el espectrómetro interferométrico de tipo controlado en el tiempo, utilizando como ejemplo el clásico espectrómetro de imágenes interferométricas estáticas de gran apertura (LASIS).

La estructura LASIS consta principalmente de un sistema óptico de telescopio frontal, un interferómetro de cizallamiento transversal compuesto por prismas semipentagonales cementados, un objetivo de imagen de Fourier y un detector de matriz de área. El telescopio frontal se utiliza para comprimir la apertura del haz objetivo y adaptarla al interferómetro, reduciendo así el tamaño del sistema (como se muestra en la Figura 1). Durante su funcionamiento, el interferómetro de cizallamiento transversal divide la radiación objetivo incidente en dos haces coherentes con una diferencia de trayectoria óptica, formando franjas de interferencia en el plano focal posterior del sistema óptico. La magnitud de la diferencia de trayectoria óptica determina la resolución espectral: cuanto mayor sea la diferencia de trayectoria óptica, mayor será la resolución. El detector registra la "imagen de interferencia" modulada por interferencia (como se muestra en la Figura 2), que contiene simultáneamente información espacial bidimensional e información espectral unidimensional del objetivo.

Figura 1. Diagrama esquemático del principio óptico de LASIS.

(Fuente de la imagen: Hu Bingliang. Una revisión del desarrollo de la tecnología de imágenes espectroscópicas interferométricas (Artículo invitado))

Figura 2. La "imagen de interferencia" modulada por el interferómetro a partir de la salida del LASIS.

(Fuente de la imagen: Li Xiangbin. Investigación sobre tecnología de corrección de imágenes para espectrómetros de imágenes interferométricas estáticas de gran apertura)

La Figura 3 ilustra el proceso de adquisición de información espectral de una característica del terreno específica mediante LASIS. La Figura 3(a) muestra el proceso de imagen, donde diferentes símbolos (■, ★, ●) representan la ubicación de las distintas características del terreno. A medida que avanza la operación de barrido, el detector adquiere gradualmente franjas de interferencia de la misma característica del terreno bajo diferentes diferencias de trayectoria óptica, y luego las une en el orden de escaneo para obtener un interferograma completo (Figura 3(b)). La curva de franja de un solo píxel se extrae de este interferograma (Figura 3(c)), y después de la transformada de Fourier, se puede decodificar la curva espectral de ese píxel (Figura 3(d)). Todo el proceso incluye pasos de procesamiento de datos como la unión de franjas, la corrección de corriente oscura y el procesamiento de ruido, la decodificación de Fourier y la calibración espectral. Estos pasos garantizan la precisión y fiabilidad de la información espectral de cada píxel, proporcionando una base sólida para análisis y aplicaciones posteriores.