基于LCoS的改型Sagnac干涉仪及探测风场的方法技术

本发明专利技术公开的一种基于LCoS的改型Sagnac干涉仪，包括在下底面胶合的直角梯形玻璃a和直角梯形玻璃b，直角梯形玻璃b的直角腰面相对于直角梯形玻璃a的直角腰面沿胶合面下挫，胶合面镀有半反半透膜；直角梯形玻璃a的上底面镀有全反射膜a，直角梯形玻璃a的直角腰面镀有全反射膜b，直角梯形玻璃b的上底面镀有全反射膜c，直角梯形玻璃b的直角腰面设置有LCoS反射式液晶，直角梯形玻璃a的斜腰面胶合有偏振片a，直角梯形玻璃b的斜腰面胶合有偏振片b。本发明专利技术检测方法，通过对LCoS反射式液晶施加不同的电压对入射光的相位进行调制，为不同波长的光提供步进相位，从而探测大气风场。本发明专利技术干涉仪及探测风场的方法功耗小、抗震性能好、成本可观。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于干涉法探测上层大气
，具体涉及一种基于LCoS的改型 Sagnac干涉仪，本专利技术还涉及利用该干涉仪进行大气风场探测的方法。
技术介绍
广角迈克尔逊(Michelson)风成像干涉仪WINDII(Wind Imaginglnterferometer)的关键技术是使用一台能够实现视场补偿的广角Michelson干 涉仪，通过压电陶瓷驱动干涉仪一个臂的反射镜进行精确的步进，每一次步进四分之一波 长，从而在一个干涉周期内可以获得4幅不同干涉强度的图像，并利用"四强度法"即可反 演出目标大气的温度、风速和体发射率等信息。 虽然WINDII是运用广角Michelson干涉仪被动探测上层大气风场最成功的一 次应用，但作为星载仪器，由于一臂的动镜采用了压电陶瓷微位移驱动装置，使得其抗震 性能仍然有待提高。科学家们提出了几种取代动镜装置的改进方案，其中具有代表性的 是PAMI(Polarizing Atmosphere Michelsoninterferometer)禾口 WAMI(Waves Michelson Interferometer)。虽然PAMI比WINDII投入使用的时间要早2年，但结果并不很理想，它 利用偏振分束器获得两束具有不同偏振态的光线，通过旋转偏振片获得不同相位下的干涉 强度，该方法仍然没有摆脱运动部件，而且只能针对单一谱线进行测量。WAMI将Michelson 干涉仪的两个臂都固定，使用一面被分为四个区域并镀有不同厚度薄膜的固定反射镜，并 在干涉仪出口配置一块角锥棱镜进行分光，从而实现在一次拍摄便可获取4幅不同强度的 干涉图，与PAMI类似，WAMI仅能实现单谱线的测量，而对多波段的同机探测的精度不高。因 此，如何设计出一种更具有实用性的无动镜干涉仪来实现多波段风场的探测，成为该领域 一直以来被关注的热点问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供 一 种基于LCoS的改型Sagnac干涉仪，解决了现有的Michelson干涉仪进行多波段极光探测时探测精度不高的问题。 本专利技术的另一 目的是提供一种利用上述干涉仪探测风场的方法。 本专利技术所采用的技术方案是，一种基于LCoS的改型Sagnac干涉仪，包括在下底面胶合的直角梯形玻璃a和直角梯形玻璃b，直角梯形玻璃b的直角腰面相对于直角梯形玻璃a的直角腰面沿胶合面下挫，胶合面镀有半反半透膜；直角梯形玻璃a的上底面镀有全反射膜a，直角梯形玻璃a的直角腰面镀有全反射膜b，直角梯形玻璃b的上底面镀有全反射膜c，直角梯形玻璃b的直角腰面设置有LCoS反射式液晶，LCoS反射式液晶包括平行设置的玻璃基片和反射层，玻璃基片和反射层之间设置有液晶分子层，反射层的下方设置有硅层，直角梯形玻璃a的斜腰面胶合有偏振片a，直角梯形玻璃b的斜腰面胶合有偏振片b，偏振片a和偏振片b的偏振方向相同。 本专利技术所采用的另一技术方案是，一种利用上述干涉仪探测风场的方法，具体按照以下步骤实施目标大气中的一束光线从直角梯形玻璃a的斜腰面入射，入射光经过偏 振片a后变为线偏振光，通过半反半透膜被分成方向不同的两束光一束光经过直角梯形 玻璃b透射后入射至LCoS反射式液晶，在LCoS反射式液晶内对入射光进行相位调制，调制 后的反射光出射LCoS反射式液晶，经过直角梯形玻璃b上底面全反射膜c的反射再次到达 半反半透膜；另一束光在直角梯形玻璃a中依次经过全反射膜a和全反射膜b两次反射后 也到达半反半透膜；半反半透膜处的两束反射光汇合后从直角梯形玻璃b的斜腰面经过偏 振片b出射，发生干涉现象，最后通过后置光学系统以及CCD对干涉图像进行采集，运用四 强度法反演出目标大气的风速。 本专利技术的特点还在于， 其中的直角梯形玻璃a和直角梯形玻璃b的折射率不同，直角梯形玻璃a的顶角 和直角梯形玻璃b的顶角均为45。。 其中的在LCoS反射式液晶内对入射光进行相位调制，具体按照以下步骤实施对 LCoS反射式液晶进行四次曝光，每一次曝光给LCoS反射式液晶上的所有像素施加相同的 电压完成一次整体相位调制，施加的四次电压不同，完成对相位O、 Ji/2、 Ji、3ji/2的四次 步进调制。 其中的在LCoS反射式液晶内对入射光进行相位调制，具体按照以下步骤实施将 LCoS反射式液晶所有像素划分为四个均等的区域，对LCoS反射式液晶进行一次曝光，在一 次曝光期间同时给四个区域分别施加四个不同的电压，使得入射四个区域的光被分别调制 0、 ji/2、 Ji 、3 ji/2的相位。 本专利技术基于LCoS的改型Sagnac干涉仪的有益效果是 (1)干涉仪实体部分仅采用两块直角梯形玻璃和一块LCoS(LiquidCrystal on Silicon)反射式液晶胶合在一起，与现有的广角Michelson干涉仪的四块(或五块)玻璃 胶合相比，在制作工艺及成本方面更具有优势。 (2)可以实现无动镜的相位四步进在改型Sagnac干涉仪一臂装配LCoS反射式 液晶，通过调节不同的电压对液晶施加不同的灰度，从而可以精确调节入射光的相位。 (3)可以实现四分区相位步进，一次即可同时拍摄四幅完整的具有不同相位的干 涉图由于LCoS反射式液晶可以实现单像素的相位调制，因此，类似于WAMI，可以将LCoS 反射式液晶划分为四个分区，不同的区域施加不同的电压，从而同时获得四幅具有步进相 位的干涉图。 (4)可以实现多谱线的同机探测液晶的光谱响应范围较宽，从可见光到近红外 均有较高的透过率，而且对不同波长的光均能实现0-2Ji的相位调制。 (5)本专利技术配以实体改型Sagnac干涉仪，紧密胶合在一起，抗震性能较好。 (6)LCoS本身功耗很低，为星载干涉仪的实现提供了有力的保证。附图说明 图1是本专利技术基于LCoS的改型Sagnac干涉仪的结构示意图； 图2是本专利技术基于LCoS的改型Sagnac干涉仪进行探测的光路图； 图3是本专利技术基于LCoS的改型Sagnac干涉仪进行探测时实现相位调制的光路 图4是本专利技术中LCoS反射式液晶的结构示意图。 图中，l.直角梯形玻璃a，2.直角梯形玻璃b，3.偏振片a，4.全反射膜a，5.全反射 膜b，6.半反半透膜，7.LCoS反射式液晶，8.全反射膜c，9.偏振片b， 10.玻璃基片，ll.液 晶分子层，12.反射层，13.硅层。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。 本专利技术基于LCoS的改型Sagnac干涉仪的结构，如图l所示，包括在下底面胶合的 直角梯形玻璃al和直角梯形玻璃b2，直角梯形玻璃al和直角梯形玻璃b2的折射率不同， 直角梯形玻璃al和直角梯形玻璃b2的顶角均为45。，为了起到横向剪切的作用，直角梯形 玻璃b2的直角腰面相对于直角梯形玻璃al的直角腰面沿胶合面下挫一定距离，胶合面镀 有半反半透膜6 ;直角梯形玻璃al的上底面镀有全反射膜a4，直角梯形玻璃b2的上底面镀 有全反射膜c8，直角梯形玻璃al的直角腰面镀有全反射膜b5，直角梯形玻璃b2的上底面 紧贴放置有LCoS反射式液晶7， LCoS反射式液晶7的结构如图4所示，包括平行设置的玻 璃基片IO和反射层12，玻璃基片IO和反射层12之间夹有液晶分子层ll，反射层12的下 方设置有硅层13，这一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＬＣｏＳ的改型Ｓａｇｎａｃ干涉仪，其特征在于，包括在下底面胶合的直角梯形玻璃ａ（１）和直角梯形玻璃ｂ（２），直角梯形玻璃ｂ（２）的直角腰面相对于直角梯形玻璃ａ（１）的直角腰面沿胶合面下挫，胶合面镀有半反半透膜（６）；所述的直角梯形玻璃ａ（１）的上底面镀有全反射膜ａ（４），直角梯形玻璃ａ（１）的直角腰面镀有全反射膜ｂ（５），直角梯形玻璃ｂ（２）的上底面镀有全反射膜ｃ（８），直角梯形玻璃ｂ（２）的直角腰面设置有ＬＣｏＳ反射式液晶（７），ＬＣｏＳ反射式液晶（７）包括平行设置的玻璃基片（１０）和反射层（１２），玻璃基片（１０）和反射层（１２）之间设置有液晶分子层（１１），反射层（１２）的下方设置有硅层（１３），所述的直角梯形玻璃ａ（１）的斜腰面胶合有偏振片ａ（３），直角梯形玻璃ｂ（２）的斜腰面胶合有偏振片ｂ（９），偏振片ａ（３）和偏振片ｂ（９）的偏振方向相同。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐远河，郜海阳，张瑞霞，秦林，朱赐，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：87