Спектрально-поляризационный анализ изображений минералов на основе акустооптического фильтра ближнего ИК-диапазона

Предлагается концепция видео-спектрометра на основе акустооптического перестраиваемого фильтра (АОПФ), позволяющего получать изображения и спектры минералов одновременно для двух взаимно ортогональных плоскостей поляризации света. Изображения образцов регистрируются в диффузно-отраженном излучении, например от Солнца, ближнего ИК-диапазона спектра. Гибкость электронной перестройки АОПФ обеспечивает относительно быстрое сканирование изображения по спектру – порядка миллисекунд на спектральную точку. Таким образом, можно осуществлять не только спектральный анализ отдельных областей грунта и его частиц, определяя их минеральный состав, но и параллельно оценивать их поляризационный контраст на различных длинах волн.
В данной работе мы представляем результаты измерений первого лабораторного прототипа такого спектрометра, работающего в диапазоне спектра от 0.8 до 1.8 мкм. Оценены спектральные и оптические характеристики макета, а также получены спектры отражения некоторых минералов со спектральным разрешением 200 см-1 (20 нм на длине волны 1 мкм). Пространственное разрешение изображений составило 0.5 мм при расстоянии до образца 1 м. Число разрешимых элементов на матрице детектора превысило 100х100 для каждой из поляризации отраженного от образца света. Также прорабатывается аналогичная схема на более длинноволновый диапазон спектра – от 1.7 до 3.5 мкм. Подобная концепция позволит решать широкий спектр научных задач – от исследования спектральных свойств планетных поверхностей и реголита, до изучения минералогического состава поверхности и более сложных процессов, например взаимодействия между грунтом и окружающей средой. Так, мониторинг линии поглощения гидроксила на лунной поверхности в течение лунных суток поможет оценить скорость изменения степени гидратации лунного грунта в течение этого времени, проверить существующие представления о механизмах гидратации, исследовать поведение летучих. Для Марса, к примеру, спектральные измерения могут быть чрезвычайно полезны для понимания геологического и климатического прошлого планеты, а также для понимания современных процессов обмена между атмосферой и поверхностью Марса. Это может быть отождествление и изучение древних минералов и пород, которые могли образоваться в водной среде или в гидротермальном окружении (гипс, алунит, ярозит, глинистые минералы и т.д.).
Работа выполняется при поддержке гранта РНФ № 16-12-10453.