[实用新型]一种高稳定大光程差共光路干涉分光装置及其应用系统

说明书

技术领域

本实用新型属于光谱成像技术领域，涉及一种高稳定大光程差共光路干涉分光装置。

背景技术

光谱成像技术，有时又称成像光谱技术，融合了光谱技术和成像技术，交叉涵盖了光谱学、光学、计算机技术、电子技术和精密机械等多种学科，能够同时获得目标的两维空间信息和一维光谱信息。光谱成像技术广泛应用于军事、医学、工业、农业、资源环境、大气探测、天文等方面，发展正方兴未艾。

干涉型分光技术是光谱成像技术中的一种主要分光类型。干涉型中可分为以迈克尔逊干涉分光、马赫曾德干涉分光为代表的非共光路干涉分光类型，和以Sagnac干涉分光技术为代表的共光路分光类型。非共光路干涉分光技术的主要优点在于光程相对较短，其干涉仪的两个臂是分开的，光束在两个臂中行进，根据臂长的不同则两臂中的光程可以不同，即可产生所需的光程差。但形成的干涉仪往往因热力学变形和环境变化而使得干涉条纹不稳定。共光路干涉分光技术则由于分出的两光束在干涉仪中行进的路线相同，甚至完全重合，因而外界环境如震动、温度变化等引起的热力学变形同时作用于两光束，因此互相抵消，使得干涉仪更加稳定可靠。

Sagnac干涉分光技术的典型形式有两种，一种是由二个反射面和分束面组成的，一般是五角棱镜型，另一种是由三个反射面和分束面组成的(以下称为三反射面型)。传统基于二个反射面的Sagnac共光路干涉仪因剪切产生的光程差较小，同时传统三反射面Sagnac分光技术，无论在真空、空气或其它介质中，目标光在其中行进的路线是重合且相同的，无法产生光程差。

对于二反射面型Sagnac干涉仪，改变其中一个反射面的位置，产生平行位移，使得此二个反射面不再关于干涉仪中的分束器截面对称，则可以形成剪切量产生光程差，但此时的光程差较小。但对于三反射面型Sagnac干涉仪，相比二反射面型，光束在其中多反射一次，形成的剪切量又被补偿回来，所以无论改变其中任何一个或多个反射面的位置，产生平行位移，都不会产生光程差。因此，在传统需要产生光程差的共光路场合，典型情况是采用基于二反射面型的Sagnac干涉仪，尚未见利用三反射面型Sagnac干涉仪产生大光程差的方案。

为此，本实用新型提出在二反射面型和三反射面型Sagnac干涉仪中实现大光程差的技术方案。

实用新型内容

本实用新型提出一种高稳定度大光程差的共光路Sagnac干涉分光装置。

该高稳定度大光程差的共光路干涉分光装置，采用非对称结构的共光路Sagnac干涉仪，即共光路Sagnac干涉仪中的反射面的空间位置设置使得最终经共光路Sagnac干涉仪中分束面返回的光束不再与入射光束重合，而是在空间上平行分离；

记分束面首次分光得到一级光束，二次分光得到二级光束；则在二次分光前的光路上对应于空间上平行分离的光束还设置有光程调节结构，使得两路一级光束(透射光束和反射光束)最终产生光程差，以干涉光束出射。

基于上述方案，本实用新型还进一步作了如下优化：

上述光程调节结构，具体是增设不同的光学介质，或者增加路径来改变光程。

上述光程调节结构设置于首次分光后的透射光路上，或者设置于首次分光后的反射光路上。

上述光学介质为棱镜，上述增加路径采用反射镜组合实现。

在入射光源与所述共光路干涉分光光路之间，还设置有前置光学整形系统(以实现对入射光的准直、消杂散光等作用)，主要由透镜和/或反射器件组成。

上述分束面为半透半反型。

上述共光路Sagnac干涉仪的分光结构中，三个反射面和一个半透半反分束面具体是由反射镜和半透半反分束器组成的空心形式，或者由同一棱镜分别在四个面上相应地镀反射膜和半透半反分束膜组成。

以上方案既适用于五角棱镜型，也适用于三反射面型。

本实用新型还应用该高稳定度大光程差的共光路干涉分光装置，提出其一种高通量的、高稳定度的相干色散光谱成像系统，方案如下：

该相干色散光谱成像系统包括依次设置的所述高稳定大光程差共光路干涉分光装置、两路色散分光光路以及相应的光电探测器；从所述高稳定大光程差共光路干涉分光装置出射的干涉光束，其中一路干涉光束经会聚透镜会聚后到狭缝上，该狭缝成为一路色散分光光路的入射像面位置；对于另一路干涉光束即所述最终经共光路Sagnac干涉仪中分束面返回的光束，在该光束所在光路上设置另一会聚透镜以及另一狭缝，使该光束进入另一色散分光光路中。

上述色散分光光路可采用棱镜色散分光形式或者光栅色散分光形式，其中光栅色散分光形式具体选择透射光栅或反射光栅。