时空联合调制傅里叶变换干涉光谱成像仪——Sagnac系统原理与干涉矩阵抽取

背景介绍

在计算光学成像与高光谱遥感领域，时空联合调制傅里叶变换干涉光谱成像技术凭借其高通量（Etendue）、显著的信噪比增益及全固态无运动部件的硬件优势，已成为空天载荷与实验室精密探测不可或缺的技术路径。作为该领域最具代表性的架构，萨格奈克（Sagnac）三角共光路干涉仪利用其天然的抗振性能与紧凑的物理结构，通过横向剪切机理与载体推扫运动的巧妙结合，实现了目标三维信息在探测器像面上的高效耦合与高保真获取。本文将立足于推扫式系统的光学物理本质，深入剖析干涉场数据的生成机理与时空映射规律，详细探讨干涉矩阵的离散化抽取过程，旨在为提升复杂遥感环境下的光谱复原精度提供严谨的理论依据与技术支撑。

为了将上述理论优势转化为工程实践，大孔径静态干涉成像光谱技术（LASIS）应运而生。作为对传统空间调制干涉成像的重大突破，LASIS在架构上由前置光学系统、萨格奈克干涉仪、成像镜（傅里叶变换镜）、探测器（FPA）及数据采集系统组成，其光路示意如图1所示。其基本原理是在无限远成像系统中引入横向剪切分束器，而其相对于传统干涉仪的核心演进在于对视场光阑的重构：前置光学系统的后焦面处以大孔径窗式光阑取代了传统的狭缝视场光阑。这一改进不仅利用前置系统压缩了后续光学零件的尺寸，更使得系统在像面FPA上能够形成目标的二维图像。这种从“线”到“面”的跨越，在显著提升系统通光量与探测效率的同时，也为后续的时空联合调制奠定了关键的结构基础。