[发明专利]一种FWMI光谱滤光器调整与性能测试装置及方法

权利要求书

1.一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试装置，其特征在于包括激光器、孔径光阑、针孔滤波器、第一消球差透镜、第二消球差透镜、视场光阑、第三消球差透镜、CCD相机、分光系统a和FWMI主体b；

分光系统a包括第一楔形镜、激光分色镜、第二楔形镜、第三楔形镜和第四楔形镜；激光器发射的高功率激光首先通过分光系统a做能量衰减。具体的，激光器发射的激光首先经第一楔形镜反射，其中5％的能量被反射至激光分色镜，激光分色镜将激光中的532nm波段的激光筛选出来，筛选出的532nm波段激光连续被第二楔形镜、第三楔形镜和第四楔形镜反射，每次反射将会选出5％的激光能量；

从分光系统a出射的激光经过孔径光阑后，进入针孔滤波器做空间滤波以平滑光斑能量分布；然后再经过第一消球差透镜准直成平行光，从第一消球差透镜出来的激光将同时具有平滑、准直和扩束的效果；随后激光被第二消球差透镜转换成汇聚球面波并进入FWMI主体b；

所述的FWMI主体b包括FWMI立方分光棱镜、玻璃壁和空气臂；其中空气臂的末端设置有FWMI反射镜，且该FWMI反射镜同时连接在微位移器上；进入FWMI主体b的激光首先在FWMI立方分光棱镜处分成两束；其中反射束被FWMI反射镜反射回来后再透过FWMI立方分光棱镜，并射出FWMI主体b；而透射束通过玻璃壁后再反射回FWMI立方分光棱镜，并被FWMI立方分光棱镜反射出FWMI主体b；从FWMI主体b出射的光束形成干涉图后，首先经过视场光阑，穿过视场光阑的光束的干涉图被第三消球差透镜成像到探测器CCD上。

2.如权利要求1所述的一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试装置，其特征在于CCD在采集穿过视场光阑的光束的干涉图时，需要使用其同步触发模式，使图像采集过程和激光器的脉冲发射过程完全同步。

3.如权利要求1所述的一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试装置，其特征在于所述的第一消球差透镜的焦距是针孔滤波器中透镜焦距的4-5倍。

4.如权利要求1所述的一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试装置，其特征在于所述的第一楔形镜、第二楔形镜、第三楔形镜和第四楔形镜的楔角大于10度。

5.一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1.调节孔径光阑和视场光阑的大小，使入射进探测器CCD的球面波呈现一定的发散角；

所述的发散角大于1度；

步骤2.放置FWMI反射镜，使其位置与FWMI立方分光棱镜的距离大于理论设计的值；

步骤3.将FWMI反射镜逐步向FWMI立方分光棱镜推进，当FWMI反射镜近似达到了最优位置，停止推进；

所述的步骤3在推进过程中将会看到环形干涉条纹的变化；随着FWMI反射镜向最优位置的靠近，干涉图上条纹变得越来越少，直至干涉图内出现视觉上最少干涉环，此时说明FWMI反射镜近似达到了最优位置，停止推进；

步骤4.通过微位移器对步骤3得到的FWMI反射镜的最优位置进行精密调整；

所述的步骤4精密调整如下：

按一定的步长间隔扫描微位移器，使FWMI反射镜做微米级的步进；每运动一步，在该位置做四步移相干涉图记录；所述的四步移相，是指从某个位置开始，按照λ/4的间隔移动反射镜，每移动一步便采集一幅干涉图，按此过程拍摄四帧原始干涉图；

步骤5.划定得到原始干涉图的有效孔径；

5-1.以原始干涉图的对比度作为判定依据，设得到的原始干涉图的光强分别表示为I₁,I₂,...,I₄,则能够计算如下几个量：

BKG=I1+I2+I3+I44,---(1)]]>

V=(I1-I3)2+(I4-I2)22,---(2)]]>

M=VBKG+V.---(3)]]>

其中，BKG和V为中间变量，M是一个和原始干涉图像一样大小的矩阵；

5-2.选取一个自适应阈值将该矩阵M二值化成灰度图，这样灰度图上全白的区域将对应原始干涉图的有效孔径，而全黑的区域则对应无效的原始干涉图区域；

5-3.采用形态学开操作来消除灰度图中孤立的有效区域；

5-4.采用常用的一些边缘提取算法提取到灰度图黑白区域的分界线；

5-5.使用最小二乘圆拟合算法拟合得到原始干涉图的有效圆形孔径；该圆形孔径的中心对应中心入射光线，而圆形孔径的边界对应发散角最大的光线；

5-6.按照拟合出来的圆心和半径在原始干涉图上截取有效孔径，并将无效区域裁剪掉以减小原始干涉图大小，从而得到新的干涉图；所述的新的干涉图保留了原始干涉图上有用的信息，有助于最准确的得到FWMI的OPD随入射角的分布关系；

步骤6.用新的干涉图做波前解调；

6-1.通过公式(4)得到包裹的波前信息OPD_wrap:

OPDwrap=arctan[I4-I2I1-I3].---(4)]]>

这样得到的波前信息OPD_wrap是分布在[-π/2,π/2]之间不连续的；

6-2.对包裹的波前信息OPD_wrap进行相位解包裹,得到波前信息OPD；

6-3.计算解包裹后的波前信息OPD的峰谷值和均方根，将解包裹后的波前信息OPD作为干涉仪测试出来的最终波前信息；

步骤7.重复步骤4-6，如果在微位移器行程结束时，步骤4中各个位置得到的峰谷值和均方根不是单调变化，而是存在最小值，那么该最小值对应的位置即是最优的FWMI反射镜位置，FWMI的最优化调整完成，且波前信息OPD的峰谷值和均方根也已测定得到；反之，如果峰谷值和均方根存在单调变化的趋势，则表明在微位移器的扫描行程内还没有达到最优位置，此时需要将FWMI反射镜和微位移器整体在当前的位置处手动移动微小距离，然后再重复步骤4-7。

6.如权利要求5所述的一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试方法，其特征在于所述的第一楔形镜、第二楔形镜、第三楔形镜和第四楔形镜均为由非镀膜的K9玻璃材料加工而成，其反射率为5％。