本发明专利技术涉及一种多光程干涉仪的分光方法及多光程干涉仪，该多光程干涉仪，包括依次设置于光的传播路线上的分束器、动臂组件和静臂组件，所述动臂组件和静臂组件设置于分束器的出射光路上；动臂组件包括角镜和折返镜组；所述折返镜组设置于所述角镜的出射光路上；本发明专利技术的干涉仪大大提高干涉仪的光谱分辨率，降低了对时间调制型干涉仪中动镜的控制驱动难度而且也降低了对时间调制型干涉仪中角镜的支撑系统设计难度，增加了设计方法的多样性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光谱
，涉及一种基于立方角镜的多光程干涉仪的分光方法以及应用该方法的干涉仪。
技术介绍
光谱技术是获取物质结构和化学组成、物质元素含量测定以及研究原子能级等的重要手段，目前已经在工农业生产、科学研究、环境监测、航空航天遥感等领域有着广泛的应用。光谱技术按照分光方式的不同可分为滤光片型、色散型、干涉型和计算层析型四种。 其中滤光片型是指利用滤光片进行分光，按照分光的特点被称为第一代分光技术。它只能在单一或少数几个波长下测定物质的光谱，而且光谱分辨率低，波长稳定性和重复性较差， 灵活性差。色散型是指利用分光棱镜、色散棱镜或衍射光栅进行分光，被称为第二代分光技术。它的原理简单，性能稳定，但是存在光能利用率低和光谱范围窄的天生局限。干涉型是指利用干涉分光原理，被称为第三代分光技术。它具有高通量、多通道和高光谱分辨率的优点，而且光谱范围宽、波长精度高且杂散光低。前三种光谱技术已有成熟的理论基础和广泛的工程应用，而计算层析型光谱技术主要处于实验室研究阶段，刚刚走向初步的工程应用， 技术还不太成熟。因此，目前国际上干涉型光谱技术渐渐成为研究和应用的主流。已出现的干涉型光谱技术主要有三种一种是基于迈克尔逊干涉仪的时间调制型 (动态)；一种是基于横向剪切干涉仪的空间调制型(静态)；另一种是同样是基于横向剪切干涉仪的时空联合调制型(静态)。以这些技术为基础相继出现了多种干涉光谱仪，但是他们往往又各自存在缺陷。时间调制型干涉光谱仪通量高、信噪比高，特别是光谱分辨率可以依靠角镜的直线运动产生很大的光程差而做到很高，可远远超过目前任何其他种光谱探测技术，但是因为角镜运动中的速度和姿态控制对干涉仪的校准精度要求很高，因而光机稳定度较差；空间调制型稳定性高、实时性好、结构简单，但是光谱分辨率受探测器单元数和尺寸的限制而分辨率较低；时空联合调制型结构简单、稳定性高，探测灵敏度远远高于空间调制干涉光谱仪和色散型光谱仪，但对平台的稳定性要求很高，而且光谱分辨率同空间调制式相似而较低。因而，为了既保留干涉型光谱技术的优势，又可获取高光谱分辨率，人们对时间调制干涉光谱仪的研究一直兴趣未减。但是传统的迈克尔逊干涉仪存在两个主要问题①一般需辅助光路，结构复杂； ②稳定性差，环境适应能力和抗干扰能力低。这是因为一方面在传统迈克尔逊直线型角镜干涉仪中，角镜为平面镜，在运动过程中如果发生倾斜，将严重影响干涉效率，甚至不能产生干涉；它对角镜运动的方向性要求也极其严格，故在直线型角镜干涉仪中需设置辅助光路，即利用激光对角镜运动的方向准确性、速度均勻性、位移量等进行实时精确监测和修正。但是这种辅助光路同时增大了仪器的结构复杂性和实施的难度。另一方面，因为对角镜勻速平稳运动且对倾斜晃动要求很高，所以干涉仪对角镜的控制要求有一套高精度的角镜驱动系统。但是在实际的工程研制过程中，实现高精度的角镜直线驱动和支撑系统仍然相当困难。另外，角镜直线往复运动对运动轨道的加工工艺依赖性较强，虽然激光辅助光路在很大程度上减少了外界环境如抖动或震动对测量效果的影响，但是这种影响只能减弱并不能完全消除，致使系统稳定性差，降低了此类光谱仪适应恶劣环境的能力和抗干扰能力。针对时间调制型干涉光谱仪的动态稳定性问题人们提出了多种解决途径和方案。 为避免平面镜运动过程中倾斜的问题，干涉仪中的角镜往往被其他抗倾斜的反射镜替代， 如二面角镜(实心直角棱镜、屋脊棱镜或空心二面直角反射镜)、立方角镜(实心立方棱镜或空心三面直角平面镜)、猫眼镜等。如果将以上三种反射器分别同时替代迈克尔逊干涉仪的角镜和定镜时，尽管对倾斜都不敏感，但都会遇到反射器横移的问题。Carli等将一个屋脊棱镜作为角镜与另一个固定的屋脊棱镜组合，但角镜对横移和某一方向的倾斜都敏感。 Murty首先认识到如果将立方角镜与平面反射镜组合一起，即将立方角镜作为角镜而将平面反射镜作为固定镜，则可以保证立方角镜运动过程中对倾斜和横移都不敏感。Murty提出的这种立方角镜干涉仪以及其他种立方角镜干涉仪后来在时间调制干涉光谱仪中被普遍采用，因为立方角镜的使用使得干涉仪所需的校准精度比采用平面镜时降低1个到2个数量级，同时干涉仪的光程由2程变为4程，使得干涉仪的光程差增大到原来的两倍，相应地角镜移动同样的位移使得干涉仪的光谱分辨率增大到两倍。因而这种方法也大大发展了该类型的光谱仪。但是到目前为止，由于多光程光学设计的复杂性，4倍程被认为是增加干涉仪光程数量的合理极限。利用单个立方角镜限于仅至多实现双倍程，即立方角镜位移量X， 光程差变化4x，此时光谱分辨率提高到传统迈克尔逊干涉仪的约2倍，或者相当于在实现传统迈克尔逊干涉仪同等光谱分辨率的条件下测量时间和角镜位移量减小到约1/2 ；或者利用双立方角镜仅限于实现四倍程，即角镜位移量X，光程差变化8x，此时光谱分辨率提高到传统迈克尔逊干涉仪的约4倍，或者相当于在实现与传统迈克尔逊干涉仪同等光谱分辨率的条件下测量时间和角镜位移量减小到约1/4。角镜位移量的减小有利于对角镜实现精确的姿态和驱动控制，相反位移量的增大会相应地增加测量时间和位移，从而增大干涉仪角镜驱动和支撑系统的设计难度，对导轨的结构设计要求和工艺要求更加严格。
技术实现思路
为了解决现有技术的干涉仪存在光谱分辨率低、校准精度要求高以及检测稳定性差的问题，本专利技术提供了一种高通量、多通道、高光谱分辨率、杂散光低，以及校准精度相对低、测量时间短、易于工程实现的时间调制型干涉仪分光方法以及应用该方法的干涉仪。本专利技术所采用的技术方案是一种多光程干涉仪的分光方法，其特殊之处在于 包括以下步骤1)将入射光分束后形成第一光线和第二光线；2)第一光线到达干涉仪的静臂，经静臂反射后返回，经分束器后形成第一透射光线和第一反射光线；第二光线到达干涉仪的动臂；3)第二光线经过动臂处理，其具体由以下步骤实现3. 1)在角镜的有效通光口径内将角镜的每个反射面分为两个区域，即入射区和出射区；3. 2)将入射于角镜的各个区域的光线从角镜出射后经过第一反射器反射回角镜；3. 4)返回角镜的光再经角镜反射后全部出射；4)由步骤3)出射的光线，经分束器后形成第二透射光线和第二反射光线，所述第二透射光线和步骤2)的第一反射光线汇聚形成第一干涉信号，所述第二反射光线和步骤 2)的第一透射光线汇聚形成第二干涉信号。上述步骤3. 2)与步骤3. 4)之间还包括步骤3. 3)返回角镜的各个区域的光线经角镜出射后再通过第二反射器反射回角镜。上述步骤3)还包括步骤3. 5)经步骤3. 4)出射的光线再经过平面反射镜反射使其按原路返回，经角镜反射，光路折叠多次出射。上述步骤3)还包括步骤3. 6)经步骤3. 4)出射的光线再经过第三反射器的反射使其按原方向返回，经角镜反射，光路折叠多次出射。上述步骤幻还包括步骤3. 7)重复步骤3. 6)，重复N次，使光路折叠多次后出射， N为自然数。上述方法还包括步骤3. 8):将步骤3. 6)出射的光线再经过平面反射镜反射后使得其光路按原路返回，使光路折叠多次后出射。上述方法还包括步骤3. 9)将步骤3. 7)出射的光线再经过平面反射镜反射后使其按原路返回，使光路折叠多次后出射。上述步骤3. 1)是依靠角镜的有效通光口径内的光线本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏儒义，周锦松，张学敏，周泗忠，
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：
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