[發明專利]一種長波紅外多普勒差分干涉儀冷光學系統

在審

• 申請號: 202010566314.3
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111735763A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 張兆會;韓斌;暢晨光;武俊強;郝雄波;孫劍;馮玉濤;胡柄樑
• 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: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 董娜

本發明提供了一種長波紅外多普勒差分干涉儀冷光學系統，解決現有干涉儀在非低溫下工作時，光學系統的背景熱輻射產生噪聲影響成像效果的問題。該系統包括光學系統、低溫真空杜瓦系統、對置式斯特林制冷系統、金屬波紋管及探測系統；低溫真空杜瓦系統包括真空杜瓦及設在真空杜瓦內的防輻射屏罩、支撐板、導熱板及多個絕熱支撐柱；防輻射屏罩和光學系統均設在導熱板上；對置式斯特林制冷系統的冷指穿過真空杜瓦、防輻射屏罩與導熱板連接；金屬波紋管一端固定在真空杜瓦上，另一端連有連接盤；探測系統包括固定在真空杜瓦外壁上探測器安裝支架和通過二維精密調整臺設在探測器安裝支架上的探測器，且探測器的冷屏連接于連接盤的中心孔處。

技術領域

本發明涉及一種多普勒差分干涉儀，具體涉及一種長波紅外多普勒差分干涉儀冷光學系統。

背景技術

地球大氣環境是一個十分復雜的動態系統，具有生物賴以生存的空氣的物理、化學和生物學特征，其中由太陽輻射引起的溫度、濕度、風速等特征是探測大氣環境的重要參數。

中高層大氣風場探測是表征大氣環境及大氣動力學特征的重要手段，對于精準天氣預報、航空航天事業的順利進行都有著重要的意義。多普勒差分干涉技術以邁克爾遜干涉技術為原型，在空間外差干涉技術的基礎上改進而來，通過傅里葉變換反演干涉條紋相位得到風速等信息。其近年來發展迅速，已成為被動風場探測技術的熱點。長波紅外作為多普勒差分干涉技術的應用波段，對于大氣風場探測具有重要的意義，但目前對于多普勒差分干涉技術中的長波紅外波段研究工作仍相對較少。

長波紅外多普勒差分干涉儀的設計難點主要在于背景熱輻射，一切高于絕對零度的物體都會有熱輻射，因此在光機內表面都是背景熱輻射源，常溫300K時，光機系統自身的熱輻射對信號干擾及其嚴重，當微弱的目標信號分光之后會被光機系統自身產生的背景熱輻射覆蓋。在光學系統設計的過程中，設定光學系統的使用背景為低溫環境，以此來消除長波紅外干涉儀的背景熱輻射源。當溫度從常溫降至低溫時，由于系統結構件與光學件材料熱膨脹系數不匹配，會產生較大的熱應力和熱變形，進而產生干涉條紋傾斜、調制度降低和影響相位反演精度等問題。

對于地面目標來講，大部分處于300K左右，根據布朗克公式，目標的輻射峰值位于10μm附近。此時，如果光學系統的內部光學元件機械結構也處于室溫，那么儀器內部自身波的輻射會成為紅外波段觀測的雜散光主要來源，因此，要實現高靈敏度、低噪聲觀測，需要將紅外設備進行制冷處理，一是通過制冷紅外焦平面，使得紅外探測器的暗電流噪聲得到抑制；二是通過冷光學技術將光學系統制冷，降低探測器感知的熱背景輻射。

結構設計時，在確保常規光學系統設計需要考慮的結構強度、高精度定位和結構穩定性外，還需重點考慮光學系統的背景熱輻射抑制設計，即冷光學設計。為實現長波紅外系統高靈敏度、低噪聲探測，需要保證探測器的熱生暗電流降低到與天空背景相比較可以被忽略的水平；探測器感知到的熱背景輻射必須降低到與天空背景或探測器暗電流二者中較大者相比較可以被忽略的水平，因此迫切需要設計一種將光學系統中熱噪聲敏感部分進行低溫制冷設計的結構。

發明內容

為了解決現有長波紅外多普勒差分干涉儀在非低溫下工作時，光學系統的背景熱輻射產生噪聲，影響光譜成像效果的技術問題，本發明提供了一種長波紅外多普勒差分干涉儀冷光學系統。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種長波紅外多普勒差分干涉儀冷光學系統，包括光學系統，所述光學系統包括沿光路依次設置的前置光學組件、干涉儀光學組件和后置成像光學組件，其特殊之處在于：還包括低溫真空杜瓦系統、對置式斯特林制冷系統、金屬波紋管及探測系統；

所述低溫真空杜瓦系統包括箱式結構的真空杜瓦及設置在真空杜瓦內的支撐組件和防輻射屏罩；

所述支撐組件包括支撐板、導熱板及多個絕熱支撐柱；所述絕熱支撐柱的下部與真空杜瓦的底面連接，上部與支撐板連接；所述導熱板設置在支撐板上；