Το Changchun Institute of Optics αναλύει την κατάσταση ανάπτυξης και τις τάσεις των υπερφασματικών καμερών τύπου φασματοσκοπίας φίλτρων

Οι υπερφασματικές κάμερες μπορούν να συνδυάσουν την τεχνολογία απεικόνισης με την τεχνολογία φασματικής ανίχνευσης και ενώ απεικονίζουν τα χωρικά χαρακτηριστικά ενός στόχου, μπορούν να σχηματίσουν πολλαπλές στενές ζώνες για κάθε στοιχείο χωρικής εικόνας για να επιτύχουν συνεχή φασματική κάλυψη και οι διαφορετικές φασματικές πληροφορίες μπορούν να αντικατοπτρίζουν πλήρως τις διαφορές στη φυσική δομή και χημική σύνθεση σε ένα χαρακτηριστικό. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή δισδιάστατη χωρική απεικόνιση, οι υπερφασματικές κάμερες μπορούν να αποκτήσουν χωρικές και φασματικές πληροφορίες για τον στόχο. Σε μια συγκεκριμένη χωρική ανάλυση, μπορούν να επιτύχουν τα μοναδικά συνεχή φασματικά χαρακτηριστικά των χαρακτηριστικών του εδάφους σε ένα ευρύ φάσμα φασματικών ζωνών, γεγονός που έχει σημαντικά πλεονεκτήματα για την ακριβή αναγνώριση και ανίχνευση των χαρακτηριστικών του εδάφους. Έχει σημαντική αξία εφαρμογής στη γεωργία, τη δασοκομία, το νερό, το έδαφος, τα ορυχεία και άλλες έρευνες πόρων και περιβαλλοντική παρακολούθηση.

Με την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας επίστρωσης φίλτρων, η ανάπτυξη φασματοσκοπικών υπερφασματικών καμερών φίλτρων έχει προωθηθεί εκτενώς. Οι υπερφασματικές κάμερες που βασίζονται στην αρχή της φασματοσκοπίας του φίλτρου έχουν γίνει ουσιαστικό μέρος των υπερφασματικών φορτίων τηλεπισκόπησης με τα πλεονεκτήματα του μεγάλου εύρους ζώνης, της υψηλής χωρικής ανάλυσης, της υψηλής φασματικής ανάλυσης και του φωτός και μικρού μεγέθους. Χρησιμοποιούνται ευρέως στο δίκτυο των μικρο-νανο-δορυφορικών υπερφασματικών αστερισμών.

Σύμφωνα με τη McMasters Consulting, η ερευνητική ομάδα του Liu Chunyu στο Changchun Institute of Optics and Precision Mechanics and Physics, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, δημοσίευσε πρόσφατα ένα άρθρο στο περιοδικό Infrared and Laser Engineering με θέμα «Κατάσταση και τάσεις της φασματοσκοπικής υπερφασματικής κάμερας φίλτρου ανάπτυξη." Ο Liu Chunyu ασχολείται κυρίως με την έρευνα σχεδιασμού οπτικών συστημάτων και τον συνολικό σχεδιασμό οπτοηλεκτρονικών συστημάτων.

Σχηματικό διάγραμμα αρχής υπερφασματικής απεικόνισης

Αυτή η έρευνα εξετάζει κυρίως τις φασματοσκοπικές υπερφασματικές κάμερες φίλτρων, εισάγει τα τυπικά ωφέλιμα φορτία υπερφασματικής απεικόνισης ενσωματωμένων φασματοσκοπικών φίλτρων στο εσωτερικό και στο εξωτερικό και τα συστήματα φασματοσκοπικής υπερφασματικής απεικόνισης φίλτρων υπό ανάπτυξη στο έδαφος και αναλύει τις τεχνικές λύσεις, τους δείκτες απόδοσης και την εφαρμογή προοπτικές αυτών των συστημάτων και εξηγεί τα τεχνικά χαρακτηριστικά, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των υπερφασματικών καμερών που βασίζονται σε αρχές φασματοσκοπίας φίλτρων. Επεξηγούνται οι τεχνικές πτυχές, τα οφέλη και τα μειονεκτήματα των υπερφασματικών καμερών που βασίζονται στην αρχή της φασματοσκοπίας φίλτρου και, τέλος, προβλέπεται η τάση ανάπτυξης των φασματοσκοπικών καμερών φίλτρου.

Η υπερφασματική κάμερα του τροχού φίλτρου χρησιμοποιεί τον τροχό φίλτρου ως φασματικό στοιχείο για τη λήψη φασματικών εικόνων διαφορετικών ζωνών μήκους κύματος περιστρέφοντας τον τροχό φίλτρου, ολοκληρώνοντας έτσι τον φασματικό διαχωρισμό του σύνθετου προς το μονόχρωμο φως. Το κρίσιμο στοιχείο μιας υπερφασματικής κάμερας τροχού φίλτρου είναι ο τροχός φίλτρου, τον οποίο ένας τροχός φίλτρου μπορεί να αντικαταστήσει την αντίστοιχη φασματική περιοχή σύμφωνα με τις διαφορετικές ζώνες παρατήρησης. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας φασματικής απεικόνισης, ο αριθμός των ζωνών ανίχνευσης αυξάνεται και ο τροχός του φίλτρου δεν μπορεί πλέον να ανταποκριθεί στο ευρύ φάσμα της παρατήρησης υψηλής ανάλυσης, επομένως χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στην πολυφασματική ανίχνευση.

Οι υπερφασματικές κάμερες με δυνατότητα συντονισμού φίλτρου χρησιμοποιούν ρυθμιζόμενα φίλτρα ως φασματικά στοιχεία και χωρίζονται κυρίως σε υπερφασματικές κάμερες με δυνατότητα συντονισμού φίλτρου υγρών κρυστάλλων (LCTF), υπερφασματικές κάμερες με δυνατότητα συντονισμού φίλτρου Acousto-Optic (AOTF) και κάμερες κοιλότητας FP με δυνατότητα συντονισμού MEMS. Υπερφασματικές κάμερες MEMS Tunable Fabry-Perot Cavity Filters (AOTF).

Η υπερφασματική κάμερα φίλτρου σε σχήμα σφήνας, γνωστή και ως υπερφασματική κάμερα με δυνατότητα συντονισμού φίλτρου, επιτρέπει τη συνεχή δειγματοληψία σε φασματικές και χωρικές περιοχές. Η ιδέα είναι να χρησιμοποιήσετε ένα πολυστρωματικό πολυστρωματικό μέσο λεπτής μεμβράνης ως φίλτρο και να το τοποθετήσετε κοντά σε έναν ανιχνευτή δισδιάστατης συστοιχίας, έτσι ώστε πολλά στοιχεία εικόνας του αισθητήρα να αντιστοιχούν σε μια συγκεκριμένη φασματική ζώνη του ρυθμίσιμου φίλτρου. Ανάλογα με την αντιστοιχία μεταξύ των ράβδων του φίλτρου ντεγκραντέ και των στοιχείων εικόνας του ανιχνευτή, οι υπερφασματικές κάμερες με φίλτρο διαβάθμισης μπορούν να χωριστούν σε τύπους γραμμικής κλίσης και συστοιχιών φίλτρων.

Δομή και φασματοσκοπία προοδευτικού γραμμικού φίλτρου

Οι κβαντικές κουκκίδες, γνωστές και ως «νανοκρύσταλλοι», είναι ανόργανα υλικά που είναι εξαιρετικά σταθερά και έχουν ακτίνα μικρότερη από την ακτίνα ενός μεγάλου κύματος εξιτονίου. Η ενσωμάτωση διαφορετικών τύπων κβαντικών κουκκίδων επιτρέπει την ταυτόχρονη ανίχνευση διαφορετικών μηκών κύματος, η οποία είναι η αρχή πίσω από την ανάπτυξη του φασματόμετρου κβαντικών κουκκίδων (CQD). Η παραδοσιακή ιδέα των φασματόμετρων με οπτικά και μηχανικά εξαρτήματα υψηλής ακρίβειας είναι ογκώδης, δαπανηρή, πολύπλοκη και πολύ περιορισμένη στην εφαρμογή.

Αρχικό διάγραμμα του φασματόμετρου κβαντικής κουκκίδας NIR

Γενικά, η υπερφασματική κάμερα τύπου φασματοσκοπίας φίλτρου βρίσκεται στο αρχικό της στάδιο και η φασματική της ανάλυση πρέπει ακόμα να είναι συγκρίσιμη με τη μέθοδο φασματοσκοπίας διασποράς πλέγματος υψηλής ακρίβειας. Επιπλέον, ο συνδυασμός φίλτρου και ανιχνευτή θα βελτιώσει περαιτέρω τη φασματική ανάλυση του συστήματος, η οποία μπορεί ακόμη και να συγκριθεί με τη φασματοσκοπία διασποράς πλέγματος υψηλής ακρίβειας. Ως εκ τούτου, ο συνδυασμός πλακών φίλτρου και ανιχνευτών είναι επίσης μια σημαντική τάση ανάπτυξης των καλυμμένων υπερφασματικών καμερών. Είναι εύκολο να δει κανείς ότι η ανάπτυξη υπερφασματικών καμερών που βασίζονται σε φίλτρα θα οδηγήσει σε μια ανατρεπτική ανάπτυξη στον τομέα της υπερφασματικής απεικόνισης, η οποία, με τη σειρά της, θα προκαλέσει την ανάπτυξη τεχνολογίας υπερφασματικής τηλεπισκόπησης για μικρο-νανο-δορυφόρους και θα δημιουργήσει την τεχνική θεμέλιο για τη μελλοντική επιχειρησιακή λειτουργία αστερισμών μικρο-νανο-υπερφασματικών δορυφόρων σε τροχιά για την καλύτερη εξυπηρέτηση της εθνικής οικονομίας.

Αυτό το έργο υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας (41504143), το Έργο Ανάπτυξης Ερευνητικού Εξοπλισμού της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (YJKYYQ20190044), το Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της επαρχίας Anhui (1908085 ME135) και το Συμβούλιο Προώθησης Καινοτομίας Νέων του η Κινεζική Ακαδημία Επιστημών (2016203).