一种F-P滤光器腔长检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术属于光学领域，具体涉及本发明专利技术公开了一种F

【技术实现步骤摘要】
一种F
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P滤光器腔长检测系统及检测方法


[0001]本专利技术属于光学领域，具体涉及一种F
‑
P滤光器腔长检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]Fabry
‑
Perot(F
‑
P)滤光器具有很高的光谱分辨率，可以实现极窄带宽的二维成像光谱观测；并且观测时通过改变F
‑
P滤光器腔长，能够获得不同波长的光谱响应，因此得到了广大太阳物理学家的青睐，将其应用于太阳二维成像光谱观测。
[0003]在国际上，1997年F
‑
P滤光器开始应用于太阳观测，并且在2000年以后迅速发展，目前国外主要的太阳望远镜都已经配备了F
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P滤光器。比如夏威夷的4米太阳望远镜DKIST，美国大熊湖1.6米太阳望远镜NST和德国1.5米太阳望远镜GREGOR等。
[0004]在国内，目前还没有F
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P滤光器在太阳望远镜上的实际观测应用，主要原因是F
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P滤光器的响应波长随滤光器腔长的变化而改变，微小的腔长变化就会导致F
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P滤光器的响应波长漂移，致使观测精度下降，无法满足太阳二维成像光谱观测波长精度达到pm量级的要求。目前天文上可以应用的F
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P滤光器仅提供腔长的理论值，以及通过滤光器控制器能够调节的腔长变化范围，没有腔长和控制器步数的精确对应关系。所以要将F
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P滤光器应用到太阳观测上，必须对滤光器腔长进行检测，确定腔长和控制器步数的精确对应关系，只有通过改变控制器步数获得准确的腔长，F
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P滤光器才能产生准确的光谱响应，太阳观测才能得到准确的光谱观测数据。目前国内还没有研究院所能够按照高精度太阳观测的要求对F
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P滤光器腔长进行检测。
[0005]鉴于F
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P滤光器在太阳二维成像光谱观测上表现出的优异性能，国内未来的大口径太阳望远镜也都必将配备F
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P滤光器，所以F
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P滤光器腔长检测问题亟待解决。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是通过F
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P滤光器双波长强度调制曲线，建立准确的滤光器腔长和控制器步数的对应关系，精确的测量控制器步长和滤光器腔长，提供一种F
‑
P滤光器腔长检测系统及检测方法。
[0007]本专利技术的采用如下技术方案：
[0008]一种F
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P滤光器腔长检测系统，包括光源系统、成像系统和控制及数据采集处理系统；光源系统包括第一稳频激光器、第二稳频激光器、分束器和扩束透镜组；成像系统包括成像透镜组和探测器；控制及数据采集处理系统包括滤光器控制器和中央数据处理单元。
[0009]优选的，所述第一稳频激光器与第二稳频激光器的中心波长不同，用于提供两种波长稳定的光束；
[0010]分束器，用于将第一稳频激光器和第二稳频激光器的光束合并成一束光束；
[0011]扩束透镜组，用于将合并后的光束扩束，形成用于检测F
‑
P滤光器腔长的准直光束；
[0012]F
‑
P滤光器由滤光器光机组件和滤光器控制器组成，滤光器光机组件放置在准直
光束中待检测，滤光器控制器放置在控制及数据采集处理系统中。
[0013]优选的，
[0014]所述成像透镜组，用于把从滤光器光机组件中透射出的光束会聚到探测器上；
[0015]所述探测器的光敏面位于成像透镜组焦面的离焦位置，用于采集光束的离焦光斑图像。
[0016]优选的，滤光器控制器用于改变滤光器光机组件中的腔长；
[0017]中央数据处理单元，用于将F
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P滤光器腔长改变与探测器采集相匹配，控制器每改变一步腔长，探测器采集一幅图像；
[0018]中央数据处理单元还用于处理探测器采集到的图像，得到F
‑
P滤光器强度调制曲线，计算控制器步长和滤光器腔长。
[0019]优选的，滤光器控制器通过导线与滤光器光机组件相连，用于控制滤光器光机组件中的平板移动，通过改变控制器步数改变F
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P滤光器腔长。
[0020]本专利技术提供了一种F
‑
P滤光器腔长的检测方法，具体按照如下步骤：
[0021]步骤1：第一稳频激光器和第二稳频激光器分别发射波长为λ1和λ2的稳频光束，两个光束经过分束器透射和反射后合并成为一束光束，合并后的光束经过扩束透镜组后形成一束光束直径与F
‑
P滤光器通光孔径相匹配的准直光束，准直光束垂直入射到滤光器光机组件，然后依次入射到成像透镜组和探测器上，探测器的光敏面位于成像透镜组的焦面的离焦位置，接收光束的离焦光斑图像；
[0022]步骤2：F
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P滤光器对入射光束进行调制的过程为改变滤光器光机组件中的腔长，腔长的改变由控制器决定，根据控制器的分辨率，控制器最高可控制滤光器腔长改变N步，根据中央处理单元，每改变一步腔长，探测器采集一幅离焦光斑图像，控制器共改变N步腔长，探测器7采集N幅离焦光斑图像，
[0023]步骤3：中央处理单元将探测器采集到的N幅图像进行处理，计算每幅图像中光斑的中值强度，共得到N个中值强度，中值强度为纵坐标，控制器步数为横坐标，组成一条强度调制曲线，
[0024]步骤4：中央处理单元根据强度调制曲线通过高斯拟合获得曲线峰值所在的步数，计算滤光器控制器步长和滤光器腔长。
[0025]优选的，在步骤4中的滤光器控制器步长计算公式为：
[0026]h
step
＝λ/2n
FSR
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0027]式(2)中h
step
为控制器步长，控制器改变一步对应的腔长改变量，λ为波长，n
FSR
为强度调制曲线中同一波长两个峰值之间的滤光器控制器步数改变量。
[0028]优选的，计算滤光器腔长，计算公式为：
[0029][0030]式中h0为控制器0步时滤光器腔长；λ1和λ2分别为两个激光器的中心波长；Δn为两个峰值之间的控制器步数改变量；n2是波长λ2峰值所在的步数；Δm是两个峰值的级次差，
[0031]h
理论值
为F
‑
P滤光器提供的腔长理论值。
[0032]优选的，强度调制曲线中同一波长可得到x个峰值、x
‑
1个自由光谱范围，滤光器控制器步长测量精度Δh
step
为：
[0033][0034]选取强度调制曲线中滤光器控制器0步附近的一对不同波长的峰值曲线，
[0035]优选的，滤光器腔长测量精度为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种F
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P滤光器腔长检测系统，其特征在于：包括光源系统、成像系统和控制及数据采集处理系统；光源系统包括第一稳频激光器、第二稳频激光器、分束器和扩束透镜组；成像系统包括成像透镜组和探测器；控制及数据采集处理系统包括F
‑
P滤光器和中央数据处理单元，所述F
‑
P滤光器由滤光器光机组件和滤光器控制器组成，滤光器光机组件放置在准直光束中待检测，滤光器控制器放置在控制及数据采集处理系统中。2.根据权利要求1所述的一种F
‑
P滤光器腔长检测系统，其特征在于：所述第一稳频激光器与第二稳频激光器的中心波长不同，用于提供两种波长稳定的光束；分束器，用于将第一稳频激光器和第二稳频激光器的光束合并成一束光束；扩束透镜组，用于将合并后的光束扩束，形成用于检测F
‑
P滤光器腔长的准直光束；滤光器光机组件，放置在准直光束中待检测。3.根据权利要求1所述的一种F
‑
P滤光器腔长检测系统，其特征在于：所述成像透镜组，用于把从滤光器光机组件中透射出的光束会聚到探测器上；所述探测器的光敏面位于成像透镜组焦面的离焦位置，用于采集光束的离焦光斑图像。4.根据权利要求1所述的一种F
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P滤光器腔长检测系统，其特征在于：F
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P滤光器控制器用于改变滤光器光机组件中的腔长；中央数据处理单元，用于将F
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P滤光器腔长改变与探测器采集相匹配，控制器每改变一步腔长，探测器采集一幅图像；中央数据处理单元还用于处理探测器采集到的图像，得到F
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P滤光器强度调制曲线，计算控制器步长和滤光器腔长。5.根据权利要求4所述的一种F
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P滤光器腔长检测系统，其特征在于：滤光器控制器通过导线与滤光器光机组件相连，用于控制滤光器光机组件中的平板移动，通过改变控制器步数改变F
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P滤光器腔长。6.一种F
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P滤光器腔长的检测方法，其特征在于，具体按照如下步骤：步骤1：第一稳频激光器和第二稳频激光器分别发射波长为λ1和λ2的稳频光束，两个光束经过分束器透射和反射后合并成为一束光束，合并后的光束经过扩束透镜组后形成一束光束直径与F
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P滤光器通光孔径相匹配的准直光束，准直光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：马琳，金振宇，朱槿，常亮，
申请(专利权)人：中国科学院云南天文台，
类型：发明
国别省市：