一种可变光程数的干涉分光方法及应用该方法的干涉仪技术

本发明专利技术提供了一种可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，包括以下步骤：1)收集目标辐射光并进行准直处理，将目标辐射光转变为平行光；2)将步骤1)的平行光通过分束器进行分光，得到透射光线和反射光线；3)透射光线和反射光线中的一支到达干涉仪静臂，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；透射光线和反射光线中的另一支到达干涉仪动臂，经动臂反射后返回，经分束器后形成第二透射光线和第二反射光线；4)使到达干涉仪动臂的光线经过第一角镜处理后出射；5)使到达干涉仪静臂的光线经过第二角镜处理后出射；本发明专利技术的方法灵活可变光程数，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。

【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实现固定和可变光程数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。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。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。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动镜干涉仪中，动镜为平面镜，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；它对动镜运动的方向性要求也极其严格，故在直线型动镜干涉仪中需设置辅助光路，即利用激光对动镜运动的方向准确性、速度均匀性、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，因为对动镜匀速平稳运动且对倾斜晃动要求很高，所以干涉仪对动镜的控制要求有一套高精度的动镜驱动系统。但是在实际的工程研制过程中，实现高精度的动镜直线驱动和支撑系统仍然相当困难。另外，动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，干涉仪中的动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动镜和定镜时，尽管对倾斜都不敏感，但都会遇到反射器横移的问题。传统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动镜位移量减小到约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动镜位移量减小到约1/4。动镜位移量的减小有利于对动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。目前还没有出现过光程数可变的干涉仪装置。
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稳定性差的问题，本专利技术提供了一种灵活可变光程数，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多光程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:一种可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特殊之处在于:所述分光方法包括以下步骤:I)收集目标辐射光并进行准直处理，将目标辐射光转变为平行光；2)将步骤I)的平行光通过分束器进行分光，得到透射光线和反射光线；3)透射光线和反射光线中的一支到达干涉仪静臂，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；透射光线和反射光线中的另一支到达干涉仪动臂，经动臂反射后返回，经分束器后形成第二透射光线和第二反射光线；4)使到达干涉仪动臂的光线经过第一角镜处理后出射；5)使到达干涉仪静臂的光线经过第二角镜处理后出射；6)将步骤4)经过第一角镜处理出射的光线，分别经第二透射光线和第二反射光线以及第一反射光线和第一透射光线形成干涉信号。上述步骤4)的具体步骤是:4.1)将入射于第一角镜的到达干涉仪动臂的光线从第一角镜出射后经过第一反射器反射回第一角镜；4.2)步骤4.1)反射回第一角镜的光线经第一角镜出射后再通过第二反射器反射回第一角镜；其中，第二反射器绕第一角镜的对称轴顺时针或逆时针旋转，形成变化的光程数；4.3)经过第一反射器或第二反射器反射的反射光返回第一角镜后再经第一角镜反射后全部出射。上述步骤5)的具体步骤是:5.1)将入射于第二角镜的到达干涉仪静臂的光线从第二角镜出射后经过第一反射器反射回第二角镜；5.2)步骤5.1)反射回第二角镜的光线经第二角镜出射后再通过第二反射器反射回第二角镜；其中，第二反射器绕第一角镜的对称轴顺时针或逆时针旋转，形成变化的光程数；5.3)经过第一反射器或第二反射器反射的反射光返回第二角镜后再经第二角镜反射后全部出射。上述步骤5)到达干涉仪静臂的光线由平面反射镜直接反射，使其原路返回，返回的光线经分束器后形成第一透射光线和第一反射光线。上述步骤4.1)第一反射器摆放方式是第一反射器的相交棱所在的平面过第一角镜的顶点，所述平面平行于入射光线，入射到第一角镜的光线在其内部经过3次反射后出射，出射光线与入射光线平行并关于第一角镜的顶点对称。上述步骤4.2)第二反射器的摆放方式是第二反射器的相交棱所在的平面过第二角镜的顶点，且该平面平行于入射光线。上述方法还包括步骤7)对步骤6)的干涉信号进行数据处理和分析，并输出结果；所述数据处理包括干涉图裸数据的预处理、误差修正、光谱响应度定标修正、辐射度定标修正以及傅里叶变换，完成光谱的复原过程，获取目标的光谱或光谱图像。一种可变光程数的多光程干涉仪的分光方法的干涉仪，其特殊之处在于:所述干涉仪前置光学系统、分束器、动臂多光程组件、静臂多光程组件、会聚镜，所述前置光学系统、分束器以及静臂多光程组件设置在同一光路上；所述动臂多光程组件、会聚镜与分束器设置在同一光路上。上述动臂多光程组件包括第一角镜和第一折返镜组；第一折返镜组设置于第一角镜的出射光路上；所述静臂多光程组件包括第二角镜和第二折返镜组；第二折返镜组设置于第二角镜的出射光路上。上述前置光学系统包括使目标辐射转变为平行光线的沿光线入射方向依次设置的会聚透镜、光阑和准直透镜。上述干涉仪还包括探测器系统和数据处理系统，所述探测器系统与会聚镜设置在同一光路上，所述数据处理系统与探测器系统连接。上述第一折返镜组、第二折返镜组包括多个反射器，所述多个反射器是一体式或合体式；所述多个反射器是二面角镜、立方角镜或猫眼镜。上述第一角镜和第二角镜是直线往复运动的单个、两个立方角镜或者多个立方角镜阵列形式。本专利技术的多光程干涉仪分光方法及干涉仪，具有以下优点:1、突破了以往本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于：所述分光方法包括以下步骤：1)收集目标辐射光并进行准直处理，将目标辐射光转变为平行光；2)将步骤1)的平行光通过分束器进行分光，得到透射光线和反射光线；3)透射光线和反射光线中的一支到达干涉仪静臂，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；透射光线和反射光线中的另一支到达干涉仪动臂，经动臂反射后返回，经分束器后形成第二透射光线和第二反射光线；4)使到达干涉仪动臂的光线经过第一角镜处理后出射；5)使到达干涉仪静臂的光线经过第二角镜处理后出射；6)将步骤4)经过第一角镜处理出射的光线，分别经第二透射光线和第二反射光线以及第一反射光线和第一透射光线形成干涉信号。

【技术特征摘要】
1.一种可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于:所述分光方法包括以下步骤: 1)收集目标辐射光并进行准直处理，将目标辐射光转变为平行光； 2)将步骤I)的平行光通过分束器进行分光，得到透射光线和反射光线； 3)透射光线和反射光线中的一支到达干涉仪静臂，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；透射光线和反射光线中的另一支到达干涉仪动臂，经动臂反射后返回，经分束器后形成第二透射光线和第二反射光线； 4)使到达干涉仪动臂的光线经过第一角镜处理后出射； 5)使到达干涉仪静臂的光线经过第二角镜处理后出射； 6)将步骤4)经过第一角镜处理出射的光线，分别经第二透射光线和第二反射光线以及第一反射光线和第一透射光线形成干涉信号。2.根据权利要求1所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于:所述步骤4)的具体步骤是: 4.1)将入射于第一角镜的到达干涉仪动臂的光线从第一角镜出射后经过第一反射器反射回第一角镜； 4.2)步骤4.1)反射回第一角镜的光线经第一角镜出射后再通过第二反射器反射回第一角镜；其中，第二反射器绕第一角镜的对称轴顺时针或逆时针旋转，形成变化的光程数； 4.3)经过第一反射器或第二反射器反射的反射光返回第一角镜后再经第一角镜反射后全部出射。3.根据权利要求2所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于:所述步骤5)的具体步骤是: 5.1)将入射于第二角镜的到达干涉仪静臂的光线从第二角镜出射后经过第一反射器反射回第二角镜； 5.2)步骤5.1)反射回第二角镜的光线经第二角镜出射后再通过第二反射器反射回第二角镜；其中，第二反射器绕第一角镜的对称轴顺时针或逆时针旋转，形成变化的光程数； 5.3)经过第一反射器或第二反射器反射的反射光返回第二角镜后再经第二角镜反射后全部出射。4.根据权利要求3所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于:所述步骤5)到达干涉仪静臂的光线由平面反射镜直接反射，使其原路返回，返回的光线经分束器后形成第一透射光线和第一反射光线。5.根据权利要求4所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于:所述步骤4.1)第一反射器摆放方式是第一反射器的相交棱所在的平面过第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏儒义，任小强，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：