[发明专利]一种FWMI光谱滤光器调整与性能测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，特别是涉及一种FWMI(视场展宽迈克尔逊干涉仪)光谱滤光器调整和性能测试装置及方法。

背景技术

视场展宽迈克尔逊干涉仪(FWMI)光谱滤光器是一类特殊的干涉仪，它是在普通的迈克尔逊干涉仪(MI)的结构基础上，通过选取特殊的玻璃材料来构成干涉仪的两干涉臂，从而使两干涉臂的折射率和长度达到匹配状态。最终的结果是，该干涉仪的光程差(OPD)随入射光角度的变化非常缓慢。因为FWMI的该特性，将它用作高光谱分辨率激光雷达(HSRL)的光谱滤光器是非常有利的。在设计FWMI时，通过精心的光学配置，常常可以将FWMI的可接收视场扩展到数度。将其用于HSRL滤光器能够极大的提高进入系统的光通量，从而保证较高的信噪比。因此，FWMI的视场性能好坏直接决定了HSRL进行参数反演的精度。

当FWMI设计完成后，需要对其可调干涉臂进行调整，以达到最佳的视场展宽性能；同时，对其视场性能的定量测试也显得非常重要。该测试需要确定FWMI光程差OPD随入射光视场角的关系，以判定所设计的FWMI能否达到用于HSRL的要求。要完成FWMI的调整与测试，有两个方面的难点。第一，需要使用同被测FWMI所在的HSRL系统激光频率完全一致的激光光源作为参考光源。这是因为，在HSRL技术中，激光器的频率决定了大气散射谱的中心频率，从而也决定了FWMI所处理的光谱成分。因此，调整和测试FWMI所用的激光光谱应该和FWMI工作时所处理的光谱完全一致，否则，测试得到的结果是无意义的。但是，HSRL所用的激光器是用于向大气中发射探测信号的，其功率通常在数瓦的量级，是不适于用来做FWMI检测光源的。而且，HSRL中的激光光源是重复频率很低的脉冲激光器，其光斑质量往往较差且由于脉冲的不断闪烁也给调整和测试工作带来困难。第二，要测试FWMI的视场性能，即需要验证FWMI的OPD对不同入射角的光保持几乎不变。容易想到的方法是保持平行入射光方向不变的情况下不断转动FWMI的放置角度并测试其光程差。但是这种方案操作起来十分麻烦，当FWMI的放置角度改变时需要对应调整信号探测器的摆放以使信号仍然能被探测到。

发明内容

本发明的目的是克服上述难点，提出了一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试的装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试装置，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。

所述的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。

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。

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。

一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试装置的使用方法，具体包括如下步骤：

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；