[实用新型]一种可变光程数的多光程干涉仪

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实现固定和可变光程数的多光程干涉仪。

背景技术

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。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。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。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动镜干涉仪中，动镜为平面镜，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；它对动镜运动的方向性要求也极其严格，故在直线型动镜干涉仪中需设置辅助光路，即利用激光对动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，因为对动镜匀速平稳运动且对倾斜晃动要求很高，所以干涉仪对动镜的控制要求有一套高精度的动镜驱动系统。但是在实际的工程研制过程中，实现高精度的动镜直线驱动和支撑系统仍然相当困难。另外，动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。

针对时间调制型干涉光谱仪的动态稳定性问题人们提出了多种解决途径和方案。为避免平面镜运动过程中倾斜的问题，干涉仪中的动镜往往被其他抗倾斜的反射镜替代，如二面角镜(实心直角棱镜、屋脊棱镜或空心二面直角反射镜)、立方角镜(实心立方棱镜或空心三面直角平面镜)、猫眼镜等。如果将以上三种反射器分别同时替代迈克尔逊干涉仪的动镜和定镜时，尽管对倾斜都不敏感，但都会遇到反射器横移的问题。传统利用单个立方角镜限于仅至多实现双倍程，即立方角镜位移量x，光程差变化4x，此时光谱分辨率提高到传统迈克尔逊干涉仪的约2倍，或者相当于在实现传统迈克尔逊干涉仪同等光谱分辨率的条件下测量时间和动镜位移量减小到约1/2；或者利用双立方角镜仅限于实现四倍程，即角镜位移量x，光程差变化8x，此时光谱分辨率提高到传统迈克尔逊干涉仪的约4倍，或者相当于在实现与传统迈克尔逊干涉仪同等光谱分辨率的条件下测量时间和动镜位移量减小到约1/4。动镜位移量的减小有利于对动镜实现精确的姿态和驱动控制，相反位移量的增大会相应地增加测量时间和位移，从而增大干涉仪角镜驱动和支撑系统的设计难度，对导轨的结构设计要求和工艺要求更加严格。目前还没有出现过光程数可变的干涉仪装置。

实用新型内容

为了解决现有技术的干涉仪存在光谱分辨率低、校准精度要求高以及稳定性差的问题，本实用新型提供了一种灵活可变光程数，以及校准精度相对低、测量时间短、易于工程实现的时间调制型多光程干涉仪。

本实用新型所采用的技术方案是：一种可变光程数的多光程干涉仪，其特殊之处在于：所述干涉仪包括前置光学系统、分束器、动臂多光程组件、静臂多光程组件、会聚镜，所述前置光学系统、分束器以及静臂多光程组件设置在同一光路上；所述动臂多光程组件、会聚镜与分束器设置在同一光路上。

上述动臂多光程组件包括第一角镜和第一折返镜组；第一折返镜组设置于第一角镜的出射光路上；所述静臂多光程组件包括第二角镜和第二折返镜组；第二折返镜组设置于第二角镜的出射光路上。

上述前置光学系统包括使目标辐射转变为平行光线的沿光线入射方向依次设置的会聚透镜、光阑和准直透镜。

上述干涉仪还包括探测器系统和数据处理系统，所述探测器系统与会聚镜设置在同一光路上，所述数据处理系统与探测器系统连接。