[发明专利]一种长波红外多普勒差分干涉仪冷光学系统

说明书

本发明提供了一种长波红外多普勒差分干涉仪冷光学系统，解决现有干涉仪在非低温下工作时，光学系统的背景热辐射产生噪声影响成像效果的问题。该系统包括光学系统、低温真空杜瓦系统、对置式斯特林制冷系统、金属波纹管及探测系统；低温真空杜瓦系统包括真空杜瓦及设在真空杜瓦内的防辐射屏罩、支撑板、导热板及多个绝热支撑柱；防辐射屏罩和光学系统均设在导热板上；对置式斯特林制冷系统的冷指穿过真空杜瓦、防辐射屏罩与导热板连接；金属波纹管一端固定在真空杜瓦上，另一端连有连接盘；探测系统包括固定在真空杜瓦外壁上探测器安装支架和通过二维精密调整台设在探测器安装支架上的探测器，且探测器的冷屏连接于连接盘的中心孔处。

技术领域

本发明涉及一种多普勒差分干涉仪，具体涉及一种长波红外多普勒差分干涉仪冷光学系统。

背景技术

地球大气环境是一个十分复杂的动态系统，具有生物赖以生存的空气的物理、化学和生物学特征，其中由太阳辐射引起的温度、湿度、风速等特征是探测大气环境的重要参数。

中高层大气风场探测是表征大气环境及大气动力学特征的重要手段，对于精准天气预报、航空航天事业的顺利进行都有着重要的意义。多普勒差分干涉技术以迈克尔逊干涉技术为原型，在空间外差干涉技术的基础上改进而来，通过傅里叶变换反演干涉条纹相位得到风速等信息。其近年来发展迅速，已成为被动风场探测技术的热点。长波红外作为多普勒差分干涉技术的应用波段，对于大气风场探测具有重要的意义，但目前对于多普勒差分干涉技术中的长波红外波段研究工作仍相对较少。

长波红外多普勒差分干涉仪的设计难点主要在于背景热辐射，一切高于绝对零度的物体都会有热辐射，因此在光机内表面都是背景热辐射源，常温300K时，光机系统自身的热辐射对信号干扰及其严重，当微弱的目标信号分光之后会被光机系统自身产生的背景热辐射覆盖。在光学系统设计的过程中，设定光学系统的使用背景为低温环境，以此来消除长波红外干涉仪的背景热辐射源。当温度从常温降至低温时，由于系统结构件与光学件材料热膨胀系数不匹配，会产生较大的热应力和热变形，进而产生干涉条纹倾斜、调制度降低和影响相位反演精度等问题。

对于地面目标来讲，大部分处于300K左右，根据布朗克公式，目标的辐射峰值位于10μm附近。此时，如果光学系统的内部光学元件机械结构也处于室温，那么仪器内部自身波的辐射会成为红外波段观测的杂散光主要来源，因此，要实现高灵敏度、低噪声观测，需要将红外设备进行制冷处理，一是通过制冷红外焦平面，使得红外探测器的暗电流噪声得到抑制；二是通过冷光学技术将光学系统制冷，降低探测器感知的热背景辐射。

结构设计时，在确保常规光学系统设计需要考虑的结构强度、高精度定位和结构稳定性外，还需重点考虑光学系统的背景热辐射抑制设计，即冷光学设计。为实现长波红外系统高灵敏度、低噪声探测，需要保证探测器的热生暗电流降低到与天空背景相比较可以被忽略的水平；探测器感知到的热背景辐射必须降低到与天空背景或探测器暗电流二者中较大者相比较可以被忽略的水平，因此迫切需要设计一种将光学系统中热噪声敏感部分进行低温制冷设计的结构。

发明内容

为了解决现有长波红外多普勒差分干涉仪在非低温下工作时，光学系统的背景热辐射产生噪声，影响光谱成像效果的技术问题，本发明提供了一种长波红外多普勒差分干涉仪冷光学系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种长波红外多普勒差分干涉仪冷光学系统，包括光学系统，所述光学系统包括沿光路依次设置的前置光学组件、干涉仪光学组件和后置成像光学组件，其特殊之处在于：还包括低温真空杜瓦系统、对置式斯特林制冷系统、金属波纹管及探测系统；

所述低温真空杜瓦系统包括箱式结构的真空杜瓦及设置在真空杜瓦内的支撑组件和防辐射屏罩；

所述支撑组件包括支撑板、导热板及多个绝热支撑柱；所述绝热支撑柱的下部与真空杜瓦的底面连接，上部与支撑板连接；所述导热板设置在支撑板上；