高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜儀的製作方法

2023-09-16 09:54:15 3

專利名稱：高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種幹涉光譜儀，尤其涉及一種高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜儀。
背景技術：
幹涉光譜儀的出現克服了傳統的色散型光譜儀(分光稜鏡、色散稜鏡和衍射光柵 等)能量利用率低的缺點，而基於時間調製的傅立葉變換幹涉光譜儀繼承了傳統幹涉光譜 儀的優點，集多通道(Felleget優點)、高通量(Jacquinot優點)、波數準確度高(Connes 優點)及低噪聲、測量速度快等一系列優點於一身。它擴展了紅外光譜研究領域，近二十年 來受到世界各國的廣泛關注並得到了快速發展，在工農業生產、科學研究、環境監測、航空 航天遙感等領域有著廣泛的應用。 傳統的傅立葉變換光譜儀通常的掃描速率在O. 1 10cms—1 (光程差)，雖然它們能 較好的滿足多種場合對高解析度的要求，然而很難滿足在不可重複的快速測量方面和調製 過程方面的要求。另外在實際的研製過程中，如典型的麥可遜幹涉儀，會存在諸多問題 ①需輔助光路，結構複雜；②穩定性差，環境適應能力和抗幹擾能力低；③時間利用率低， 僅為50%左右；等等。 針對傳統的傅立葉變換光譜儀的缺點，Wadsworth於1997年提出了高速轉鏡幹涉 光譜技術方案，這種技術將動鏡的直線運動改變為旋轉運動，極大地簡化了伺服系統；而且 旋轉動鏡由於其旋轉的運動性質，較好地克服抖動對測量的影響，可靠性和穩定性顯著提 高；最為突出的是旋轉動鏡的轉速可高達1000轉/s，極大提高了幹涉儀的實時性能。然而 該技術方案存在著儀器裝置體積較大、結構相對複雜等缺點，特別是方案中對立方反射鏡 的設計和加工製作需要很高的工藝，不僅對立方反射鏡的單個鏡面面型的平整度、鍍膜有 很高要求，而且對三個鏡面的垂直度、受力分布均勻與否有很高要求；在實際工作中還對立 方反射鏡的材料和裝配、性能穩定性有很高要求；它們都涉及到立方反射鏡的實際尺寸和 有效口徑的關係，以及立方反射鏡的光束反射特性，即入射光束和出射光束是否始終嚴格 平行。立方反射鏡的光學特性直接關係到儀器的視場角、幹涉圖的形成、光程差的校正，甚 至光譜的復原等。使得實際設計和裝配等實現起來相當困難，同時面臨長期運行條件下性 能穩定和可靠性等方面的挑戰。

發明內容
為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種可提高系統的光譜
解析度、簡化系統結構、視場角大的高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜儀。 本發明的技術解決方案是本發明提供了一種高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜
儀，包括第一旋轉動鏡以及第二旋轉動鏡，其特殊之處在於所述第二旋轉動鏡是平面鏡。 上述第一旋轉動鏡和第二旋轉動鏡是平行的。 上述第一旋轉動鏡和第二旋轉動鏡是分體式或合體式的。
上述第一旋轉動鏡和第二旋轉動鏡是合體式時，所述第一旋轉動鏡和第二旋轉動 鏡是將兩個平面鏡固定在一起或者由透明材料的平行兩個面上鍍以反射膜所形成。
本發明的優點是 1、可提高系統的光譜解析度。本發明用單個平面鏡取代高速轉鏡幹涉光譜儀中的
立方反射鏡，不但沒有降低系統原有的技術指標，而且通過調節第一旋轉動鏡和第二旋轉
動鏡之間的距離，以及改變旋轉鏡面相對於旋轉軸的傾斜角、光束入射到旋轉鏡面的角度
等，可實現在較小的儀器體積下大大增加光程差，從而較大程度上提高系統的光譜解析度。
2、結構簡單，便於加工及操作。本發明利用單個平面鏡取代高速轉鏡幹涉光譜儀
中的立方反射鏡，簡化了系統結構，降低了系統對工藝的難度要求，同時保留了儀器在測量
速度快、高通量、高解析度等方面的優勢。 3、視場角更大。本發明由於減少了光束在動鏡掃描過程中的反射次數，因而減小 了因多次反射形成的光能損失，同時相比背景技術中提及的高速轉鏡光譜儀，儘管儀器的 視場角在理論上兩者相等，但實際操作中採用單個平面鏡後的視場角比採用存在加工垂直 度誤差的立方反射鏡的光譜儀視場角會更大。 4、便攜化和輕量化。本發明由於光束隨動鏡旋轉而在平面鏡上反射時所需平面鏡 的尺寸較小，因而可在保證光譜儀較大光程差的條件下大大減小其體積，便於便攜化和輕 量化。


圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式
參見圖1 ，本發明提供了一種高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜儀，包括第一旋轉 動鏡7以及第二旋轉動鏡5，第二旋轉動鏡5是平面鏡。 第一旋轉動鏡7和第二旋轉動鏡5是平行的，可以是分體式結構或合體式結構，當 第一旋轉動鏡7和第二旋轉動鏡5是分體式結構時，第一旋轉動鏡7和第二旋轉動鏡5在 旋轉時，它們之間的相對間距保持不變。 當第一旋轉動鏡7和第二旋轉動鏡5是合體式時，第一旋轉動鏡7和第二旋轉動 鏡5是將兩個平面鏡固定在一起或者由透明材料的平行兩個面上鍍以反射膜所形成。
目標輻射經前置光學系統1入射到鍍有半透半反膜的分束器3上，分束器3將光 束分為反射光束和透射光束。反射光束經傾斜第一旋轉動鏡7反射到傾斜第二旋轉動鏡5， 其中第一旋轉動鏡7和第二旋轉動鏡5的鏡面始終保持平行，第二旋轉動鏡5將其反射回 垂直端反射鏡6，然後又沿原光路返回到分束器；透射光束經定鏡4反射後沿原光路返回到 分束器。反射回分束器的反射光束又被分為反射光束和透射光束，而反射回分束器的透射 光束也被分為反射光束和透射光束，前者的透射部分和後者的反射部分產生相干幹涉，並 被探測器2接收。電機帶動傾斜第一旋轉動鏡7和傾斜第二旋轉動鏡5 —起旋轉從而使兩 束光產生變化的光程差，不同光程差的幹涉信號經探測器接收得到隨時間變化的幹涉譜， 經數據反演後最終得到目標的高解析度光譜。 前置光學系統1將目標輻射進行收集和準直，可採用折射、折反射和反射等各種形式，其目的是使目標輻射轉變為有視場角的平行光。 分束器3將經準直後的目標輻射分成投射光束和反射光束；透射光束和反射光束 的強度由分束器的半透半反分光膜，例如金屬膜或介質膜均可，可見、紅外、紫外波段亦均 可，可以根據具體要求設計進行選擇，只要能完成本發明的基本過程就可以。經分束器3後 的透射光束達到平面端反射鏡4，然後被原路返回，再經分束器後形成一束透射光束和一束 反射光束，其中的反射光束到達探測器系統2 ;平面端反射鏡4也可被其它反射、透射等組 合形式替代如特倫反射系統等，其作用旨在反射入射光束，使入射的光束原路返回。
經分束器3後的反射光束在第二旋轉動鏡5，第一旋轉動鏡7之間反射後到達平面 端反射鏡6，然後被原路返回，再經分束器後同樣形成一束透射光束和反射光束，其中的透 射光束達到探測器系統2 ;平面端反射鏡6也可被其它反射、透射等組合形式替代如特倫反 射系統，其作用旨在反射入射光束，使入射的光束原路返回。 第二旋轉動鏡5，第一旋轉動鏡7由電機帶動同時旋轉並且始終保持兩個反射鏡 面平行、且鏡面之間的相對間距不變，其控制方式可以由兩個電機分別控制這兩個平面鏡 或由一個電機控制兩個平面鏡，或者第二旋轉動鏡5，第一旋轉動鏡7由固定軸相連並相對 固定一起；或者第二旋轉動鏡5，第一旋轉動鏡7由一塊透明材料的兩個面(做成平行的) 上鍍以反射膜形成；將由分束器3反射來的光束反射到平面端反射鏡6上，並使從平面端反 射鏡6反射來的光原路返回到分束器上是第二旋轉動鏡5，第一旋轉動鏡7的主要目的。
電機及其控制系統8主要用來控制第二旋轉動鏡5，第一旋轉動鏡7的勻速、穩定 旋轉。 幹涉圖由探測器及信號處理系統2獲取並處理，包括對由對定鏡4經分束器的反 射光與由第二旋轉動鏡5，第一旋轉動鏡7經分束器的透射光產生的相干光的會聚和獲取， 對幹涉圖裸數據的預處理、誤差修正、光譜響應度定標修正、輻射度定標修正、光譜復原等。
權利要求
一種高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜儀，包括第一旋轉動鏡以及第二旋轉動鏡，其特徵在於所述第二旋轉動鏡是平面鏡。
2. 根據權利要求1所述的高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜儀，其特徵在於所述第 一旋轉動鏡和第二旋轉動鏡是平行的。
3. 根據權利要求1或2所述的高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜儀，其特徵在於所 述第一旋轉動鏡和第二旋轉動鏡是分體式或合體式的。
4. 根據權利要求3所述的高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜儀，其特徵在於所述第 一旋轉動鏡和第二旋轉動鏡是合體式時，所述第一旋轉動鏡和第二旋轉動鏡是將兩個平面 鏡固定在一起或者由透明材料的平行兩個面上鍍以反射膜所形成。
全文摘要
本發明涉及一種高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜儀，包括第一旋轉動鏡以及第二旋轉動鏡，第二旋轉動鏡是平面鏡。本發明提供了一種可提高系統的光譜解析度、簡化系統結構、視場角大的高解析度反射式高速轉鏡幹涉光譜儀。
文檔編號G01J3/26GK101782431SQ20091002091
公開日2010年7月21日 申請日期2009年1月15日 優先權日2009年1月15日
發明者周錦松, 王維, 相裡斌, 魏儒義 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所