[发明专利]基于LCoS的广角迈克尔逊干涉仪及探测风场的方法

说明书

技术领域

本发明属于干涉法探测上层大气技术领域，具体涉及一种基于LCoS的广角迈克尔逊干涉仪，本发明还涉及应用该干涉仪进行大气风场探测的方法。

背景技术

现有的利用光学遥感的方法被动探测上层大气风场的理论，常采用被动探测上层大气风场的广角Michelson风成像干涉仪WINDII(WindInterferometer Imaging)，WINDII使用“四强度法”来探测上层大气风场，其关键技术是采用压电陶瓷的微位移驱动技术使Michelson干涉仪一个臂的反射镜步进移动，产生四分之一波长的步进光程差，并使用CCD获得4幅不同干涉强度的图像来反演目标大气的温度、风速和体发射率等信息，该项技术已经被成功的应用并日趋成熟。但作为星载仪器，该驱动装置的抗震性能较差、功耗较大、定标过程复杂且频繁。

另外，有两种基于WINDII设计思想的改进型Michelson干涉仪：WAMI(Waves Michelson Interferometer)和MIMI(Mesospheric Imaging MichelsonInterferometer)。WAMI将Michelson干涉仪的两个反射镜均固定，其中一个镜子被分为四个区域，各区域分别镀反射膜以产生1/4波长步进的光程差，从每一个四分区来的光线被称之为角锥棱镜(prism)聚集后发射到探测器阵列的不同区域上并分成四个区域镀反射膜实现四步进；MIMI使用了与WAMI类似的技术，设置一个4分区镀膜镜子，以便同时成像。

WAMI和MIMI对探测单谱线而言是可行的，因为Michelson干涉仪的反射镜上所镀膜的厚度与极光(气辉)的波长有关，对多波段极光(气辉)的同机探测就有一定的难度，探测精度不高，因此，设计出更具有实用性的无动镜广角Michelson干涉仪来实现风场的探测，成为该领域一直以来被关注的热点问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于LCoS的广角迈克尔逊干涉仪，解决了现有的Michelson干涉仪进行多波段极光探测时探测精度不高的问题。

本发明的另一目的是提供一种应用上述干涉仪探测风场的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于LCoS的广角迈克尔逊干涉仪，包括四方体的分光棱镜，分光棱镜由材质相同且折射率相同的直角三棱镜a和直角三棱镜b在斜面处胶合构成，胶合面镀有半反半透膜，直角三棱镜a的一侧胶合有折射率与直角三棱镜a、直角三棱镜b不同的玻璃立方体a，玻璃立方体a另一侧贴有偏振片，偏振片的另一侧贴有LCoS反射式液晶，直角三棱镜b的一侧胶合有折射率和直角三棱镜a、直角三棱镜b不同的玻璃立方体b，玻璃立方体b的顶部镀有全反射膜，玻璃立方体b和玻璃立方体a相邻设置。

本发明所采用的另一技术方案是，一种应用上述干涉仪探测风场的方法，具体按照以下步骤实施：

目标大气中的一束光线从直角三棱镜b入射，在半反半透膜处被分成方向不同的两束光，其中一束经过直角三棱镜a和玻璃立方体a的透射进入偏振片和LCoS反射式液晶，入射光被LCoS反射式液晶反射，通过对LCoS反射式液晶施加电压将反射光进行相位调制到所需要的数值，调制后的反射光射出偏振片，然后经过玻璃立方体a和直角三棱镜a到达半反半透膜；同时，另一束被半反半透膜分束的入射光通过玻璃立方体b后被全反射膜反射，反射光经过玻璃立方体b和直角三棱镜a到达半反半透膜；两束反射光在半反半透膜处汇合后出射，发生干涉现象，最后通过后置光学系统以及CCD对干涉图像进行采集，运用四强度法反演出目标大气的风速。

本发明的特点还在于，

其中的通过对LCoS反射式液晶施加电压将反射光进行相位调制到所需要的数值，具体按照以下步骤实施：对LCoS反射式液晶进行四次曝光，每一次曝光给LCoS反射式液晶上的所有像素施加相同的电压完成一次整体相位调制，施加的四次电压不同，完成对相位0、π/2、π、3π/2的四次步进调制。

其中的通过对LCoS反射式液晶施加电压将反射光进行相位调制到所需要的数值，具体按照以下步骤实施：将LCoS反射式液晶所有像素划分为四个均等的区域，对LCoS反射式液晶进行一次曝光，在一次曝光期间同时给四个区域分别施加四个不同的电压，使得入射四个区域的光被分别调制0、π/2、π、3π/2的相位。

本发明基于LCoS的广角迈克尔逊干涉仪及探测方法的有益效果是：

(1)可以实现无动镜的相位四步进：在广角Michelson干涉仪一臂装配LCoS反射式液晶，通过调节不同的电压对液晶施加不同的灰度，从而可以精确调节入射光的相位；