一种双棱镜色散装置的优化调整方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光学技术领域，公开了一种双棱镜色散装置的优化调整方法，所述双棱镜色散装置包括第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜的结构相同，所述第一棱镜的出射面平行于所述第二棱镜的入射面，所述优化调整方法包括以下步骤：校准光路，确定双棱镜的摆放角度，使得入射光束以最小偏向角α

【技术实现步骤摘要】
一种双棱镜色散装置的优化调整方法
本专利技术专利涉及光学
，具体而言，涉及一种双棱镜色散装置的优化调整方法。
技术介绍
成像光谱仪是新一代传感器，在获取大量地物目标窄波段连续光谱图像的同时，获得每个像元几乎连续的光谱数据，因而称为成像光谱仪，应用于高光谱航空遥感等领域。成像光谱仪一般都会用棱镜来使入射光产生色散，色散光再经过空间光调制器(DMD、LCTF、SLM)后入射到探测器中进行成像。在上述过程中，因为入射光是一束宽带光源，因此经过色散元件后会产生一个色散条纹，即不同波长成分的光具有不同的空间位置。大多数成像光谱仪都是使用一个色散元件来将入射光分解成不同波长成分的光，但是单个色散元件产生的光束是一束发散光，准直性很差，最终很难聚焦到探测器或其他的光处理元件上。单个色散元件产生的色散光不是一束准直光，即光束尺寸会发生变化。而在光学系统中，我们总是希望照射在空间光调制器上的光束是一束平行光，方便其接收和处理。目前该问题的解决方法是使用两个色散元件。而双色散元件会让不同波长成分的光在空间上是平行传输的，因此能更加灵活、方便、高效的对色散光进行一些处理。而双色散元件的调试难度要远远大于单色散元件。在现有技术中，需要操作人员根据经验及实际成像情况多次对双色散棱镜进行调整，如果只是简单的将两个棱镜给调平行了，还是会有色散条纹长度与接收色散光的靶面不匹配的问题。当色散条纹长度过大，超过了接收色散光的靶面时，超过靶面的那部分光无法被调制或利用。当色散条纹长度过小时，接收色散光的靶面未得到充分利用，光谱分辨率偏低；而根据色散原理可知，色散条纹长度越小，光谱分辨率越低；反之，色散条纹长度越大，光谱分辨率越高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双棱镜色散装置的优化调整方法，旨在解决现有技术中双棱镜色散装置的色散条纹长度与接收色散光的靶面不匹配的问题。本专利技术是这样实现的，一种双棱镜色散装置的优化调整方法，所述双棱镜色散装置包括第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜的结构相同，所述第一棱镜的光出射面平行于所述第二棱镜的光入射面，所述优化调整方法包括以下步骤：S01：校准光路，确定双棱镜的摆放角度，使得入射光束以最小偏向角α1入射到第一棱镜表面；S02：检测入射光束的光斑直径D，第一棱镜和第二棱镜的间距h，所述第一棱镜顶点到入射光束截面的距离为k1，所述第二棱镜顶点到光束截面的距离为k2；S03：根据谢米尔公式分别获得所述入射光束的长波长光在所述第一棱镜的折射率n1、短波长光在所述第一棱镜的折射率n2；S04：根据折射定律分别获得所述长波长光在所述第一棱镜的折射角θ1、所述短波长光在所述第一棱镜的折射角θ2；S05：利用光线追迹法得到所述第二棱镜出射的色散条纹的理论长度值L5；S06：根据理论长度值L5选择合适的空间光调制器的靶面，使得色散条纹的实际长度不超过靶面；或者根据靶面的长度及色散条纹的理论长度值L5的计算公式调整所述第一棱镜和所述第二棱镜的间距h，使得色散条纹的实际长度不超过靶面。进一步地，在步骤S01中，检测入射光束的中心波长，使得所述中心波长的入射光在通过所述第一棱镜时与所述第一棱镜的底边平行，所述中心波长的入射光在所述第一棱镜表面的入射角为入射光束的最小偏向角α1。进一步地，在步骤S03中，获得入射光束的长波长光的波长λ1和短波长光的波长λ2，根据所述第一棱镜的材料确定谢米尔公式中的系数B1、B2、B3、C1、C2、C3，谢米尔公式为：其中λ为入射光的波长，n为入射光在第一棱镜中的折射率。进一步地，所述第一棱镜和所述第二棱镜的材料为肖特光学特种玻璃N-SF11，对应的谢米尔公式为：进一步地，所述色散条纹的理论长度值L5为：L5＝(ΔL1+ΔL2+ΔL3)*cos(θ7)；其中，ΔL2＝[tan(arcsin(n2sin(60°-θ2)))-tan(arcsin(n1sin(60°-θ1)))]*h，θ7＝arcsin(n2sinθ2)。进一步地，所述第一棱镜和所述第二棱镜的材料为肖特光学特种玻璃F2，对应的谢米尔公式为：进一步地，所述双棱镜色散装置包括智能调节模块，所述智能调节模块包括参数单元和调节单元，在所述参数单元输入色散条纹的预期长度及相关参数，获得所述第一棱镜和所述第二棱镜间距的调节量，并驱动所述调节单元对所述双棱镜色散装置进行调节。进一步地，所述调节单元由微型步进电机驱动。进一步地，所述第二棱镜出射的色散光经过所述空间光调制器后，入射到探测器中成像。进一步地，所述空间光调制器为数字微镜器件或液晶可调谐滤光器。与现有技术相比，本专利技术提供的一种双棱镜色散装置的优化调整方法，通过校准光路，利用光线追迹法推算出经过双棱镜色散装置后的色散条纹的理论长度，再选择与之相匹配的空间光调制器的靶面；或者根据现有的空间光调制器的靶面参数及色散条纹的理论长度公式反推第一棱镜和第二棱镜的间距，以便于将双棱镜色散装置快速调整到位，优化了对双棱镜色散装置的调整。附图说明图1是本专利技术提供的一种基于双色散元件的成像光谱仪的光路示意图；图2是本专利技术提供的多色光在双棱镜色散装置中的传播示意图；图3是本专利技术提供的多色光在双棱镜色散装置的第一棱镜中的传播示意图；图4是本专利技术提供的色散光在双棱镜色散装置的第一棱镜与第二棱镜之间的传播示意图；图5是本专利技术提供的多色光在双棱镜色散装置的第二棱镜中的传播示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体实施例对本专利技术的实现进行详细的描述。本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。参照图1-5所示，为本专利技术提供的较佳实施例。一种双棱镜色散装置的优化调整方法，双棱镜色散装置包括第一棱镜204和第二棱镜205，第一棱镜204与第二棱镜205的结构相同，第一棱镜204的光出射面平行于第二棱镜205的光入射面，所述优化调整方法包括以下步骤：S01：校准光路，确定双棱镜的摆放角度，使得入射光束以最小偏向角α1入射到第一棱镜204表面；S02：检测入射光束的光斑直径D，第一棱镜204和第二棱镜205的间距h，所述第一棱镜204顶点到入射光束截面的距离为k1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双棱镜色散装置的优化调整方法，其特征在于，所述双棱镜色散装置包括第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜的结构相同，所述第一棱镜的出射面平行于所述第二棱镜的入射面，所述优化调整方法包括以下步骤：/nS01：校准光路，确定双棱镜的摆放角度，使得入射光束以最小偏向角α

【技术特征摘要】
1.一种双棱镜色散装置的优化调整方法，其特征在于，所述双棱镜色散装置包括第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜的结构相同，所述第一棱镜的出射面平行于所述第二棱镜的入射面，所述优化调整方法包括以下步骤：
S01：校准光路，确定双棱镜的摆放角度，使得入射光束以最小偏向角α1入射到第一棱镜的入射面；
S02：检测入射光束的光斑直径D，第一棱镜和第二棱镜的间距h，所述第一棱镜顶点到入射光束截面的距离为k1，所述第二棱镜顶点到光束截面的距离为k2；
S03：根据谢米尔公式分别获得所述入射光束的长波长光在所述第一棱镜的折射率n1、短波长光在所述第一棱镜的折射率n2；
S04：根据折射定律分别获得所述长波长光在所述第一棱镜的折射角θ1、所述短波长光在所述第一棱镜的折射角θ2；
S05：利用光线追迹法得到所述第二棱镜出射的色散条纹的理论长度值L5；
S06：根据理论长度值L5选择合适的空间光调制器的靶面，使得色散条纹的实际长度不超过靶面；或者根据靶面的长度及色散条纹的理论长度值L5的计算公式调整所述第一棱镜和所述第二棱镜的间距h，使得色散条纹的实际长度不超过靶面。


2.如权利要求1所述的一种双棱镜色散装置的优化调整方法，其特征在于，在步骤S01中，检测入射光束的中心波长，使得所述中心波长的入射光在通过所述第一棱镜时与所述第一棱镜的底边平行，所述中心波长的入射光在所述第一棱镜表面的入射角为入射光束的最小偏向角α1。


3.如权利要求2所述的一种双棱镜色散装置的优化调整方法，其特征在于，在步骤S03中，获得入射光束的长波长光的波长λ1和短波长光的波长λ2，根据所述第一棱镜的材料确定谢米尔公式中的系数B1、B2、B3、C1、C2、C3，谢米尔公式为：


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【专利技术属性】
技术研发人员：黄晨明，廖九零，余佳，章辰，郑炜，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44