這種光譜儀更常見的名稱是傅里葉變換紅外光譜儀。它的核心原理不是像棱鏡或光柵那樣直接分光，而是通過測量干涉圖，再經(jīng)過數(shù)學(xué)變換（傅里葉變換）來得到光譜圖。

下面我們分步來講解其核心原理、關(guān)鍵部件和工作流程。

這種光譜儀更常見的名稱是傅里葉變換紅外光譜儀。它的核心原理不是像棱鏡或光柵那樣直接分光，而是通過測量干涉圖，再經(jīng)過數(shù)學(xué)變換（傅里葉變換）來得到光譜圖。

下面我們分步來講解其核心原理、關(guān)鍵部件和工作流程。

第一部分：核心部件——雙角錐干涉儀

首先，要理解這種光譜儀，關(guān)鍵在于理解雙角錐干涉儀如何取代了傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉儀。

傳統(tǒng)邁克爾遜干涉儀的缺點(diǎn)：在經(jīng)典邁克爾遜干涉儀中，使用兩塊平面鏡。其中一塊動鏡在移動過程中，任何微小的傾斜都會導(dǎo)致出射光斑抖動甚至消失，使干涉信號不穩(wěn)定，對環(huán)境振動非常敏感。

雙角錐干涉儀的解決方案：

角錐鏡（Corner Cube）：它是一個三維的直角棱鏡，擁有三個互相垂直的反射面。其核心光學(xué)特性是：無論入射光以何種角度進(jìn)入，出射光都會以與入射光嚴(yán)格平行的方向反射回去。

構(gòu)成：雙角錐干涉儀使用兩個角錐鏡替代了傳統(tǒng)干涉儀中的兩塊平面鏡。其中一個角錐鏡固定，另一個在精密導(dǎo)軌上做線性移動，作為動鏡。

核心優(yōu)勢：當(dāng)動鏡角錐在移動過程中發(fā)生微小傾斜時，其出射光的方向不會改變，仍然能精確地返回到分束器。這帶來了極高的光路穩(wěn)定性和抗干擾能力，非常適合在振動環(huán)境或野外條件下工作。

第二部分：整體系統(tǒng)工作原理

工裝機(jī)制：中繼鏡頭--雙角錐干涉儀--成像鏡頭--探測器

詳細(xì)工作流程：

光線進(jìn)入與干涉

來自目標(biāo)場景的中波紅外（通常指3-5μm波段）輻射光，經(jīng)過前置成像光學(xué)系統(tǒng)后，變成平行光進(jìn)入干涉儀。

光線到達(dá)分束器，被分成兩束強(qiáng)度相等的光：

一束射向固定角錐鏡。

另一束射向可移動角錐鏡。

兩束光分別被兩個角錐鏡反射回來，再次匯合到分束器上。由于兩束光存在光程差，它們會發(fā)生干涉。

產(chǎn)生干涉圖

移動角錐鏡，光程差隨之連續(xù)改變。

探測器上的每一個像素點(diǎn)，會記錄下一個隨時間變化的干涉信號強(qiáng)度。這個信號就是干涉圖——光強(qiáng)隨光程差變化的函數(shù)。

關(guān)鍵點(diǎn)：場景中每一個物點(diǎn)在探測器上對應(yīng)一個或多個像素。因此，每一個像素都獨(dú)立地記錄了一條屬于自己的干涉圖。

從干涉圖到光譜圖——傅里葉變換

單個像素記錄到的干涉圖本身看起來毫無意義（類似衰減的余弦波）。

但是，根據(jù)干涉測量學(xué)的基本原理，這條干涉圖包含了該像素點(diǎn)接收到的所有波長光的干涉信息的疊加。

通過逆傅里葉變換 這一數(shù)學(xué)工具，可以將時域（或光程差域）的干涉圖，轉(zhuǎn)換回頻域（或波長域）的光譜。

最終結(jié)果：經(jīng)過計(jì)算，我們得到了每個像素點(diǎn)在不同波長下的光強(qiáng)度，即每個像素都擁有一條完整的光譜曲線。

第三部分：技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢

基于雙角錐干涉儀的中波紅外成像光譜儀具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

高穩(wěn)定性：雙角錐結(jié)構(gòu)對振動和傾斜不敏感，保證了在惡劣環(huán)境下仍能獲得高質(zhì)量的干涉圖。

高通量優(yōu)勢：與光柵色散型光譜儀需要狹縫不同，干涉型光譜儀是無狹縫的，允許更多光線進(jìn)入，靈敏度更高，特別適合弱光探測。

多通道優(yōu)勢：可以同時記錄所有光譜波段的信息，觀測效率高。

高光譜分辨率：光譜分辨率主要取決于動鏡移動的最大光程差。光程差越大，分辨率越高。通過精密控制角錐鏡的移動距離，可以獲得很高的光譜分辨率。

中波紅外的應(yīng)用價值：中波紅外波段是許多化學(xué)物質(zhì)（如二氧化碳、甲烷、一氧化碳、各種揮發(fā)性有機(jī)物VOCs）的分子吸收/發(fā)射特征區(qū)。因此，該技術(shù)非常適用于：

環(huán)境監(jiān)測：氣體泄漏檢測、污染源排查。

軍事偵察：識別偽裝、探測化學(xué)武器。

工業(yè)過程控制：燃燒分析、成分檢測。

科學(xué)研究：天體物理學(xué)、材料分析。

總結(jié)

基于雙角錐干涉儀的中波紅外成像光譜儀，其原理是利用雙角錐鏡構(gòu)成一個極其穩(wěn)定的干涉儀核心，對來自場景的光進(jìn)行調(diào)制，生成包含光譜信息的干涉圖；然后通過移動一角錐鏡來掃描光程差，由面陣探測器記錄下每個像素的時空干涉圖；最后通過逆傅里葉變換，將每個像素的干涉圖還原成一條連續(xù)的光譜曲線，從而獲得“圖譜合一”的三維數(shù)據(jù)立方體（兩個空間維，一個光譜維）。

這種技術(shù)結(jié)合了干涉測量的高靈敏、高分辨率優(yōu)勢和角錐鏡的穩(wěn)定性，使其成為中波紅外光譜成像領(lǐng)域中一種強(qiáng)有力的工具。