[實用新型]一種高通量高穩定相干色散光譜成像裝置

有效

• 申請號: 201720230359.7
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN206905904U
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 魏儒義;張智南;王飛橙;于建冬;于濤;高曉惠
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 胡樂

技術領域

本實用新型屬于光譜成像技術領域，涉及一種相干色散光譜成像的裝置。

背景技術

光譜成像技術，有時又稱成像光譜技術，融合了光譜技術和成像技術，交叉涵蓋了光譜學、光學、計算機技術、電子技術和精密機械等多種學科，能夠同時獲得目標的兩維空間信息和一維光譜信息。光譜成像技術廣泛應用于軍事、醫學、工業、農業、資源環境、大氣探測、天文等方面，發展正方興未艾。

色散型和干涉型是光譜成像技術中的兩種主要分光類型。一般情況下將這兩種分光方法分開使用。在極少數情況下，比如利用干涉條紋的多普勒頻移變化追蹤目標的速度時，在遙感領域測風速、天文領域測恒星和行星的運行速度等情況下，會將這兩種分光方法結合起來，以獲取對目標的理想的測量精度。

本實用新型涉及一種將干涉型分光方法和色散型分光方法結合起來的相干色散光譜成像方法。在文獻[1][2]中，曾提出了一種利用傳統邁克爾遜干涉分光技術結合透射光柵分光技術的相干色散方法(Fixed Delay interferometer)，后來也有將其中的透射光柵改進為反射光柵分光技術的方法。然而，其中的干涉分光技術一直是基于邁克爾遜干涉分光技術的，屬于非共光路干涉分光技術，干涉儀往往因熱力學變形和環境變化而使得干涉條紋不穩定。由于在利用干涉條紋的多普勒頻移探測目標的速度時，對光程差和干涉條紋的穩定性要求很高，否則會嚴重影響測量的精度，因而采用基于邁克爾遜干涉分光技術的干涉儀會額外增加對環境的溫度和壓強的苛刻要求。此外，傳統相干色散方法中邁克爾遜干涉分光只利用了目標光中50％的能量，因為干涉儀返回光源的一路光的能量未加利用。干涉儀的能量利用率理論上也只能達到50％，在天文觀測上能量損失是比較嚴重的(相當于延長了4倍的觀測時間)，造成系統透過率和靈敏度低。

傳統相干色散方案采用非共光路的邁克爾遜干涉分光技術，主要還是考慮到其干涉儀的兩個臂是分開的，光束在兩個臂中行進，根據臂長的不同則兩臂中的光程可以不同，即可產生所需的光程差。而傳統共光路(對稱結構)的分光技術，無論在真空、空氣或其它介質中，目標光在其中行進的路線是重合且相同的，無法產生光程差。傳統相干色散方法尚未見應用共光路技術。

[1]Ge J,2002a,Fixed Delay Interferometry for Doppler Extrasolar Planet Detection.The Astrophysical Journal,571,165.

[2]Ge J,Erskine D and Rushford M,2002b,An Externally Dispersed Interferometer for Sensitive Doppler Extrasolar Planet Searches.Publications of the Astronomical Society of the Pacific,114:1016–1028.

實用新型內容

本實用新型的目的在于提出一種穩定度高、能量利用率高的相干色散光譜成像裝置。

本實用新型的基本構思如下：

改進共光路干涉分光方案替代傳統非共光路分光方案，并將能量利用率提高1倍到接近100％，從而提高系統穩定性、透過率和靈敏度。具體是：將共光路設計改進為非對稱結構，使得返回的光束(即返回光源入射方向的光束)不再與入射光束重合，而是在空間上平行分離。如果此時光束都經過相同的介質，當然無法產生光程差，但我們采用改變光束通過介質或者路徑的方式，延長/縮短光程從而改變光程差，例如將光束經干涉分光后的兩路光的一路中加入改變光程的光學器件，則該路光束會產生變化光程，從而與另一路產生了光程差。如此，便實現了大光程差的共光路分光結構。從而，形成以共光路分光技術+色散分光技術結合的相干色散光譜成像方法，以及由共光路Sagnac干涉儀和光柵色散器件組合形成的相干色散光譜成像儀。

基于以上實用新型構思，本實用新型給出以下解決方案：

該高通量高穩定相干色散光譜成像裝置，主要包括依次設置的共光路干涉分光光路、色散分光光路以及光電探測器；

所述共光路干涉分光光路采用非對稱結構的共光路Sagnac干涉儀，即共光路Sagnac干涉儀中的反射面的空間位置設置使得最終經共光路Sagnac干涉儀中分束面返回的光束不再與入射光束重合，而是在空間上平行分離；