一种高通量高稳定相干色散光谱成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种高通量高稳定相干色散光谱成像装置，该装置包括依次设置的共光路干涉分光光路、色散分光光路以及光电探测器；所述共光路干涉分光光路采用非对称结构的共光路Sagnac干涉仪，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；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，使得两路一级光束最终产生光程差，以干涉光束出射；其中一路干涉光束经会聚后到狭缝上，该狭缝成为色散分光光路的入射像面位置；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也经会聚后进入色散分光光路。

High flux and high stability coherent chromatic dispersion spectrum imaging device

The invention provides a high throughput high stable coherent dispersion spectrum imaging device, the device comprises a common path interference optical path, dispersion optical and photoelectric detector; the common path interference optical path with the asymmetric structure of common optical path Sagnac interferometer, making the final the beam of common optical path Sagnac interferometer in the beam splitter plane returned no longer coincides with the incident beam, but parallel separated in space; in the two light beam before the optical path corresponding to the space of parallel separation is also provided with a light path adjusting structure, make the two level light beam generated by the interference optical path difference the light exiting; one path interference beam through converging into a slit, the slit is incident light beam dispersion image position; the other way is the final by the interference of common optical path Sagnac interferometer in the beam splitter plane back The back beam also converges to the dispersive optical path.

【技术实现步骤摘要】
一种高通量高稳定相干色散光谱成像装置
本专利技术属于光谱成像
，涉及一种相干色散光谱成像的方法及装置。
技术介绍
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。色散型和干涉型是光谱成像技术中的两种主要分光类型。一般情况下将这两种分光方法分开使用。在极少数情况下，比如利用干涉条纹的多普勒频移变化追踪目标的速度时，在遥感领域测风速、天文领域测恒星和行星的运行速度等情况下，会将这两种分光方法结合起来，以获取对目标的理想的测量精度。本专利技术涉及一种将干涉型分光方法和色散型分光方法结合起来的相干色散光谱成像方法。在文献[1][2]中，曾提出了一种利用传统迈克尔逊干涉分光技术结合透射光栅分光技术的相干色散方法(FixedDelayinterferometer)，后来也有将其中的透射光栅改进为反射光栅分光技术的方法。然而，其中的干涉分光技术一直是基于迈克尔逊干涉分光技术的，属于非共光路干涉分光技术，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。由于在利用干涉条纹的多普勒频移探测目标的速度时，对光程差和干涉条纹的稳定性要求很高，否则会严重影响测量的精度，因而采用基于迈克尔逊干涉分光技术的干涉仪会额外增加对环境的温度和压强的苛刻要求。此外，传统相干色散方法中迈克尔逊干涉分光只利用了目标光中50％的能量，因为干涉仪返回光源的一路光的能量未加利用。干涉仪的能量利用率理论上也只能达到50％，在天文观测上能量损失是比较严重的(相当于延长了4倍的观测时间)，造成系统透过率和灵敏度低。传统相干色散方法上，采用非共光路的迈克尔逊干涉分光技术，主要还是考虑到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。而传统共光路(对称结构)的分光技术，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。传统相干色散方法尚未见应用共光路技术。[1]GeJ,2002a,FixedDelayInterferometryforDopplerExtrasolarPlanetDetection.TheAstrophysicalJournal,571,165.[2]GeJ,ErskineDandRushfordM,2002b,AnExternallyDispersedInterferometerforSensitiveDopplerExtrasolarPlanetSearches.PublicationsoftheAstronomicalSocietyofthePacific,114:1016–1028.
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种稳定度高、能量利用率高的相干色散光谱成像装置。本专利技术的基本构思如下：改进共光路干涉分光方法替代传统非共光路分光方法，并将能量利用率提高1倍到接近100％，从而提高系统稳定性、透过率和灵敏度。具体是：将共光路设计改进为非对称结构，使得返回的光束(即返回光源入射方向的光束)不再与入射光束重合，而是在空间上平行分离。如果此时光束都经过相同的介质，当然无法产生光程差，但我们采用改变光束通过介质或者路径的方式，延长/缩短光程从而改变光程差，例如将光束经干涉分光后的两路光的一路中加入改变光程的光学器件，则该路光束会产生变化光程，从而与另一路产生了光程差。如此，便实现了大光程差的共光路分光结构。从而，形成以共光路分光技术+色散分光技术结合的相干色散光谱成像方法，以及由共光路Sagnac干涉仪和光栅色散器件组合形成的相干色散光谱成像仪。基于以上专利技术构思，本专利技术给出以下解决方案：该高通量高稳定相干色散光谱成像装置，主要包括依次设置的共光路干涉分光光路、色散分光光路以及光电探测器；所述共光路干涉分光光路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；其中一路干涉光束经会聚后到狭缝上，该狭缝成为色散分光光路的入射像面位置；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也经会聚后进入色散分光光路。基于上述方案，本专利技术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。上述色散分光光路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。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，是由反射镜和半透半反分束器组成的空心形式，或者是由棱镜在不同面上相应地镀反射膜和半透半反分束膜组成的实心形式。上述另一路干涉光束是经平面反射镜转向后，再经会聚后进入色散分光光路。当然，也可以直接在返回光源入射方向的(在空间上分离的)光束所在光路上设置另一狭缝，使在空间上分离的这部分光束进入另一色散分光光路中。将两路干涉光束用平面反射镜反射到后续光路中加以利用，具体可以是将干涉仪产生的两路干涉输出光合并到同一光路进行后续处理，也可以分开到不同光路进行后续处理。即：上述另一路干涉光束也经会聚后进入色散分光光路，具体可为：该另一路干涉光束经所述平面反射镜后，与所述其中一路干涉光束同方向共同会聚至同一狭缝，进入同一色散分光光路中；或者该另一路干涉光束经所述平面反射镜后，沿不同的方向经另一处会聚至另一狭缝，进入另一色散分光光路中。本专利技术主要的优点是：1、稳定度高干涉分光技术为共光路技术，以此研制的干涉仪和相干色散光谱成像仪稳定度高。利用共光路分光技术后，外界热力学变化同时作用于干涉仪的两个臂，因此产生的光程差可以相互抵消，形成的干涉条纹也更加稳定，相应的干涉仪和相干色散光谱成像仪稳定度高。2、能量利用率高，系统灵敏度高本专利技术中将干涉仪输出的两路干涉光全部利用，避免了传统相干色散光谱成像仪中只利用一路干涉输出的情况，使得利用率增加到接近100％，整个系统的透过率也大大增加，因而提高了系统的灵敏度。3、大光程差通过将光束经干涉分光后的两路光的一路中加入改变光程的元件，如棱镜或反射镜组合，则可产生大光程差。如此，便实现了大光程差的共光路分光结构。4、输入光源可以是点光源或者面光源，可以是平行光也可以是会聚光。本专利技术的相干色散光谱成像仪光学系统设计灵活，输入光源形式可以有多种。附图说明图1为本专利技术的第一种实施例；图2为本专利技术的第二种实施例；图3为加入到干涉仪中用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高通量高稳定相干色散光谱成像装置，其特征在于：包括依次设置的共光路干涉分光光路、色散分光光路以及光电探测器；所述共光路干涉分光光路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，使得两路一级光束最终产生光程差，以干涉光束出射；其中一路干涉光束经会聚后到狭缝上，该狭缝成为色散分光光路的入射像面位置；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也经会聚后进入色散分光光路。

【技术特征摘要】
1.一种高通量高稳定相干色散光谱成像装置，其特征在于：包括依次设置的共光路干涉分光光路、色散分光光路以及光电探测器；所述共光路干涉分光光路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，使得两路一级光束最终产生光程差，以干涉光束出射；其中一路干涉光束经会聚后到狭缝上，该狭缝成为色散分光光路的入射像面位置；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也经会聚后进入色散分光光路。2.根据权利要求1所述的高通量高稳定相干色散光谱成像装置，其特征在于：所述光程调节结构，是增设不同的光学介质，或者增加路径来改变光程。3.根据权利要求2所述的高通量高稳定相干色散光谱成像装置，其特征在于：所述光程调节结构，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。4.根据权利要求2所述的高通量高稳定相干色散光谱成像装置，其特征在于：所述光学介质为棱镜，所述增加路径采用反射镜组合实现。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏儒义，胡炳樑，李洪波，张智南，于建冬，王飞橙，于涛，高晓惠，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61