[实用新型]一种多光程干涉仪

说明书

技术领域

本实用新型属于光谱技术领域，涉及一种基于立方角镜的多光程干涉仪。

背景技术

光谱技术是获取物质结构和化学组成、物质元素含量测定以及研究原子能级等的重要手段，目前已经在工农业生产、科学研究、环境监测、航空航天遥感等领域有着广泛的应用。光谱技术按照分光方式的不同可分为滤光片型、色散型、干涉型和计算层析型四种。其中滤光片型是指利用滤光片进行分光，按照分光的特点被称为第一代分光技术。它只能在单一或少数几个波长下测定物质的光谱，而且光谱分辨率低，波长稳定性和重复性较差，灵活性差。色散型是指利用分光棱镜、色散棱镜或衍射光栅进行分光，被称为第二代分光技术。它的原理简单，性能稳定，但是存在光能利用率低和光谱范围窄的天生局限。干涉型是指利用干涉分光原理，被称为第三代分光技术。它具有高通量、多通道和高光谱分辨率的优点，而且光谱范围宽、波长精度高且杂散光低。前三种光谱技术已有成熟的理论基础和广泛的工程应用，而计算层析型光谱技术主要处于实验室研究阶段，刚刚走向初步的工程应用，技术还不太成熟。因此，目前国际上干涉型光谱技术渐渐成为研究和应用的主流。

已出现的干涉型光谱技术主要有三种：一种是基于迈克尔逊干涉仪的时间调制型(动态)；一种是基于横向剪切干涉仪的空间调制型(静态)；另一种是同样是基于横向剪切干涉仪的时空联合调制型(静态)。以这些技术为基础相继出现了多种干涉光谱仪，但是他们往往又各自存在缺陷。时间调制型干涉光谱仪通量高、信噪比高，特别是光谱分辨率可以依靠角镜的直线运动产生很大的光程差而做到很高，可远远超过目前任何其他种光谱探测技术，但是因为角镜运动中的速度和姿态控制对干涉仪的校准精度要求很高，因而光机稳定度较差；空间调制型稳定性高、实时性好、结构简单，但是光谱分辨率受探测器单元数和尺寸的限制而分辨率较低；时空联合调制型结构简单、稳定性高，探测灵敏度远远高于空间调制干涉光谱仪和色散型光谱仪，但对平台的稳定性要求很高，而且光谱分辨率同空间调制式相似而较低。因而，为了既保留干涉型光谱技术的优势，又可获取高光谱分辨率，人们对时间调制干涉光谱仪的研究一直兴趣未减。

但是传统的迈克尔逊干涉仪存在两个主要问题：①一般需辅助光路，结构复杂；②稳定性差，环境适应能力和抗干扰能力低。这是因为一方面在传统迈克尔逊直线型角镜干涉仪中，角镜为平面镜，在运动过程中如果发生倾斜，将严重影响干涉效率，甚至不能产生干涉；它对角镜运动的方向性要求也极其严格，故在直线型角镜干涉仪中需设置辅助光路，即利用激光对角镜运动的方向准确性、速度均匀性、位移量等进行实时精确监测和修正。但是这种辅助光路同时增大了仪器的结构复杂性和实施的难度。另一方面，因为对角镜匀速平稳运动且对倾斜晃动要求很高，所以干涉仪对角镜的控制要求有一套高精度的角镜驱动系统。但是在实际的工程研制过程中，实现高精度的角镜直线驱动和支撑系统仍然相当困难。另外，角镜直线往复运动对运动轨道的加工工艺依赖性较强，虽然激光辅助光路在很大程度上减少了外界环境如抖动或震动对测量效果的影响，但是这种影响只能减弱并不能完全消除，致使系统稳定性差，降低了此类光谱仪适应恶劣环境的能力和抗干扰能力。