[發明專利]一種基于棱鏡的橫向剪切干涉光譜成像儀及成像方法

在審

• 申請號: 202011643062.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112781727A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 王鵬沖;馮玉濤;李思遠;張朋昌;陳莎莎;楊瑩;胡炳樑;衛翠玉
• 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: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/45;G01J3/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明提供一種基于棱鏡的橫向剪切干涉光譜成像儀及成像方法，解決現有干涉光譜成像技術中移動部件掃描不穩定的問題，應用于干涉波前理論重建、光學檢測、光學計量、像質評價以及精密測試等領域。包括沿光路依次設置的前置望遠鏡準直系統，剪切干涉儀、傅里葉變換成像物鏡以及光電探測器；前置望遠鏡準直系統位于光路最前端，光電探測器位于傅里葉變換成像物鏡的像面上；遠場目標依次經過前置望遠鏡系統、剪切干涉儀、傅里葉變換成像物鏡后在光電探測器靶面上形成干涉條紋；光電探測器記錄干涉條紋后經計算機處理形成光譜圖像。

技術領域

本發明屬于傅里葉變換高光譜成像剪切干涉技術領域，涉及一種基于棱鏡的橫向剪切干涉光譜成像儀及成像方法。

背景技術

在光學應用中，光干涉有其特殊的意義。許多精密測試工作，都是依靠光干涉技術實現的，對于某些測試任務的解決，干涉法甚至是唯一可行的理想選項。20世紀60年代以來，激光的出現，以及光電子學和計算技術的飛速發展，大大擴展了干涉儀的應用范圍和能力。干涉儀出現距今已有一百多年歷史，盡管干涉儀的發展日趨完善、多樣復雜，但這并未使最初經典干涉儀，諸如菲佐(Fizeau)干涉儀、雅敏(Jamin)干涉儀、邁克耳孫(Michelson)干涉儀等原型的應用失去意義，而是一方面最大限度地揭示和挖掘它們的應用潛力，另一方面在原型基礎上改型和發展，以適應現代科學技術發展中名目繁多的要求。但是，無論經典干涉儀，還是改型后的新型干涉儀，一個共同的基本原理是，用一個標準波面與被測波面之間形成干涉圖樣(例如，干涉條紋彎曲量或者干涉條紋變化量等)作為度量的依據。除球面菲佐干涉儀和不等臂泰曼-格林(Twyman-Green)干涉儀之外，大多數干涉儀至少需要一個或幾個高精度的標準鏡面，作為產生和傳遞標準(參考)波面的依據和手段。其標準鏡面口徑至少需要等于甚至大于被測元件或系統的口徑。當被測元件或系統口徑超過一定范圍，例如，口徑大于Φ300mm時，干涉儀的造價頗高，周期很長，難度很大，甚至在一般廠家不大可能制造。因此，這種要求明顯地限制了較大光學鏡面或系統的干涉檢驗。另外，一般說來，普通干涉儀的價格昂貴，使用效率較低，工作環境(溫度、濕度、振動、氣流等)要求較苛刻，而且往往需要專門技術人員操作，調整花費時間，儀器又不能隨身攜帶隨處使用，因此，在應用上受到一定的限制。應該指出地是，近一二十年來，口徑Φ600mm及Φ(8)0mm的平面干涉儀在國內外相繼出現，并也有銷售，但畢竟是屈指可數的幾臺，且價格令人昨舌。利用不等臂干涉儀檢驗大型鏡面，由于振動等外界干擾，干涉圖樣時而呈現強烈的抖動，在防振條件較差的光學檢驗臺上，或是在天文臺址以及大型光學發射系統或接收系統作現場檢調時，尤其如此。因而，這類普通大口徑干涉儀器也限了應用于檢驗大型鏡面或系統的可能性。此外，如果檢驗非球面，不等臂干涉儀應備有專為被檢驗對象設計的光學系統波前校正器。這種補償器光學系統的計算、磨制、裝調、檢驗都需要付出相當代價，并非易事。

光學工程技術人員渴望尋求一種對外界干擾不甚靈敏，制作簡單、攜帶方便、操作容易、造價低廉的干涉儀，能夠檢驗大口徑普通鏡面、特殊鏡面或大范圍的氣動流場等。所以，一種不需要標準波面的波前“剪切干涉術”應用而生。

剪切干涉儀是干涉儀的一種重要類型，它既有普通干涉儀的某些特征，又有它本身的某些獨特特性。在波前檢測技術應用過程中，剪切干涉技術是基于光的干涉原理的共光路干涉。共光路干涉可以避免雙光束干涉中遇到的問題，提高系統地穩定性。在實驗的實際操作中，剪切干涉技術有著廣泛的應用，通常用剪切干涉儀來測量剪切干涉。把通過被測件的波面用適當的光學系統沿一定的方向分裂成兩個，并使兩波面彼此相互錯開(剪切)，在兩波面重疊部分產生干涉圖形的儀器就叫做剪切干涉儀。剪切干涉測量技術是具有空間相干特性的波面經某種特殊裝置后分成兩個大小相同且有空間錯位的波面或者大小相似且同心的波面。產生錯位后的兩波面滿足光學干涉的條件，在公共區域產生條紋，通過對條紋進行處理后得到波面的面形信息。它本身的某些獨特性能。現歸納如下：

(1)所有干涉儀都是以光波長的倍數或分數為度量單位，精度高，靈敏；