專(zhuān)利名稱(chēng)：雙動(dòng)鏡干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干涉儀，具體涉及一種應(yīng)用于高分辨率傅立葉變換光譜儀 的雙動(dòng)鏡干涉儀。
技術(shù)背景20世紀(jì)五六十年代邁克爾遜(Michelson)干涉儀首次應(yīng)用于光譜技術(shù)，它 由一個(gè)分束器、 一個(gè)固定的平面反射鏡和一個(gè)掃描平面反射鏡構(gòu)成；動(dòng)鏡和定 鏡正交，分束器與它們的夾角均為45度；分束器與入射光的夾角也為45度。 這種干涉儀的性能主要取決于動(dòng)鏡與靜鏡對(duì)分束器所成虛像是否嚴(yán)格保持平 行。影響邁克爾遜(Michelson)干涉儀在傅立葉光譜儀中應(yīng)用的最大問(wèn)題就是 動(dòng)鏡在掃描過(guò)程中的傾斜問(wèn)題。我們知道，邁克爾遜(Michelson)干涉儀動(dòng)鏡 的傾角^應(yīng)當(dāng)小于A/(8Z))，這里義為波長(zhǎng)，D為動(dòng)鏡的孔徑。因此驅(qū)動(dòng)動(dòng)鏡做直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)是非常困難的，尤其是在紫外光譜工作區(qū)。一種解決辦法是使用貓眼鏡(cat， s-eye retroreflector)代替平面動(dòng)鏡， 但存在橫移問(wèn)題。另外一種辦法是使用動(dòng)態(tài)校正伺服系統(tǒng)，但分辨率越高，這 種校正系統(tǒng)的失靈概率就越高。之后，角反射體(cube-corner mirrors)被用 于紅外光譜儀中以解決動(dòng)鏡傾斜問(wèn)題，如果角反射體各方面的性能都是完美的， 就可以很好的解決動(dòng)鏡傾斜問(wèn)題，但同樣存在橫移問(wèn)題。后來(lái)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)鏡式干 涉儀，但存在非線(xiàn)性問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種雙動(dòng)鏡干涉儀，其解決了背景技術(shù)中動(dòng)鏡傾斜以及橫移的技術(shù)問(wèn)題，在傅立葉光譜儀的應(yīng)用中相對(duì)于邁克爾遜(Michelson) 干涉儀大大地提高了精度，而且在動(dòng)鏡位移相同時(shí)能夠獲得更大的光程差。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種雙動(dòng)鏡干涉儀，包括45度角設(shè)置在入射光束光路上的一個(gè)分束器，該 分束器在入射光束方向上第二個(gè)面為半反射面；還包括設(shè)置在上述半反射面透 射光束光路上的平面反射鏡，所述平面反射鏡與分束器正交；還包括設(shè)置在光 束光路上的第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡、以及探測(cè)器和將經(jīng)第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡反射 的光束會(huì)聚到探測(cè)器上的收集鏡。其特殊之處在于所述的第一動(dòng)鏡位于所述半反射面的反射光路上，所述的第二動(dòng)鏡位于所 述平面反射鏡的反射光路上；所述的第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡被一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)固定 在一起，作為一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)部件，第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡相互平行，所述的第 一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡與分束器以及平面反射鏡之間的夾角均為45度。上述的分束器與平面反射鏡之間的光路上還設(shè)置有同時(shí)補(bǔ)償各種波長(zhǎng)光程 差的補(bǔ)償板。上述的分束器與第一動(dòng)鏡之間的光路上設(shè)置有玻璃平行平板，該平行平板 可減小第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡之間的距離。上述的剛性結(jié)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足其膨脹系數(shù)和雙動(dòng)鏡的膨脹系數(shù)相接近，較宜。 上述的收集鏡可為會(huì)聚透鏡或會(huì)聚透鏡組。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1. 動(dòng)鏡移動(dòng)的傾斜誤差容限較大，即雙動(dòng)鏡的傾斜對(duì)所得干涉圖的調(diào)制度 和相位影響較小，亦即此干涉儀對(duì)動(dòng)鏡傾斜不敏感。兩個(gè)平面動(dòng)鏡被一剛性結(jié) 構(gòu)平行地固定在一起作為一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)部件。2. 光程差為雙動(dòng)鏡位移(相對(duì)于其零光程差位置)的4倍，即很小的雙動(dòng)鏡位移即可獲得較大的光程差，適用于高光譜分辨率的光譜儀。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明包含補(bǔ)償板示意圖。圖3為本發(fā)明包含補(bǔ)償板和玻璃平行平板示意圖。圖4為雙動(dòng)鏡位移為5mm時(shí)，分束器分出光束I和II的光程差X和雙動(dòng)鏡 傾角^之間的關(guān)系圖。圖5為雙動(dòng)鏡位移為10wm時(shí)，分束器分出光束I和II的光程差x和雙動(dòng)鏡傾角S之間的關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
雙動(dòng)鏡干涉儀包括一個(gè)分束器、 一個(gè)固定的平面反射鏡、和平行安裝在可 被線(xiàn)性移動(dòng)的公共滑動(dòng)部件上的兩個(gè)掃描平面反射鏡，即第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡， 第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡相互平行，其中心位于同一個(gè)平面上，被一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)固 定在一起，作為一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)部件；分束器和平面反射鏡正交，它們與第一 動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡之間的夾角均為45度，另外分束器、平面反射鏡與第一動(dòng)鏡 和第二動(dòng)鏡的中心位于同一個(gè)平面內(nèi)。入射的平行光束在分束器的半反射面上反射和透射，并被分為強(qiáng)度相等的 兩束光I和II，光束I射向第一動(dòng)鏡，經(jīng)第一動(dòng)鏡反射后折回，并透過(guò)分束器，經(jīng)收集鏡會(huì)聚到探測(cè)器上；光束II經(jīng)平面反射鏡反射后射向第二動(dòng)鏡，經(jīng) 第二動(dòng)鏡反射后折回到平面反射鏡，再經(jīng)平面反射鏡反射后折回到分束器的半 反射面，在半反射面反射后，經(jīng)收集鏡會(huì)聚到探測(cè)器上。這兩束光由于來(lái)自同 一光束，因而是相干光束，可以產(chǎn)生干涉。光束I和II之間的光程差是由雙動(dòng)鏡(第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡)的直線(xiàn)往 復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，光程差是雙動(dòng)鏡相對(duì)于其零相位差(即零光程差)位置位移的 函數(shù)。雙動(dòng)鏡沿其法線(xiàn)方向做直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。隨著雙動(dòng)鏡的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，光程差 的大小逐漸變化，干涉強(qiáng)度也隨著逐漸變化。選擇在線(xiàn)性度較好的區(qū)域內(nèi)等時(shí) 間間隔地測(cè)量即可得到一系列干涉強(qiáng)度值，然后對(duì)取樣干涉強(qiáng)度值進(jìn)行傅立葉 變換即可得到光譜值。假設(shè)雙動(dòng)鏡的運(yùn)動(dòng)距離為a，若光束I的光程減少2a，則光束II的光程增加2a，所以光束I和光束II之間的光程差變化量為4a，反之亦然。因此，光程差值的改變量為雙動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)距離的4倍。光程差x與雙動(dòng)鏡相對(duì)于其零光程差位置位移/之間的關(guān)系為x = 4/ (1)在理想情況(即雙動(dòng)鏡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有傾斜的情況)下，干涉強(qiáng)度為/0)^(cr)[l + cos(2願(yuàn))] (2)式中CT為波數(shù)，S(CT)為光譜強(qiáng)度，X為光程差。因此雙動(dòng)鏡干涉儀干涉強(qiáng)度與雙動(dòng)鏡位移(相對(duì)于其零光程差位置)之間的關(guān)系式可表示為/(x)J(cr)[l + cos(8兀o7)] (3)當(dāng)雙動(dòng)鏡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的傾斜角為0時(shí)，為了便于分析，采用正方形光束孔 徑，以雙動(dòng)鏡不發(fā)生傾斜時(shí)與光軸交點(diǎn)處的光程差 為基準(zhǔn)，則探測(cè)器上得到 的干涉強(qiáng)度為<formula>formula see original document page 7</formula>(4)式中D為入射光束孔徑，丄,為從第一動(dòng)鏡到探測(cè)器的光路長(zhǎng)度，丄2為從第二動(dòng) 鏡到探測(cè)器的光路長(zhǎng)度，VZ = 12 -A 。光程差x與雙動(dòng)鏡的傾角0之間的關(guān)系圖如圖4和圖5所示。從以上分析可知，對(duì)于雙動(dòng)鏡干涉儀，當(dāng)雙動(dòng)鏡l-r，ri時(shí)，光束i和光束II之間的光程差的相對(duì)誤差小于0.03%，可見(jiàn)雙動(dòng)鏡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的傾 斜對(duì)光程差的影響較小。從方程(4)也可以得出雙動(dòng)鏡的傾斜對(duì)干涉圖的調(diào)制度和相位影響較小，因此，雙動(dòng)鏡干涉儀較好地解決了動(dòng)鏡系統(tǒng)的傾斜問(wèn)題。圖1中光束I通過(guò)分束器三次，而光束II則經(jīng)過(guò)一次，分束器分出的兩 束光I和II具有不對(duì)稱(chēng)性，若入射光為單色光，光束I經(jīng)過(guò)玻璃板所增加的光 程可以用空氣中的行程來(lái)補(bǔ)償，但是入射光束為白光或其他復(fù)色光時(shí)，因?yàn)椴?璃有色散，不同波長(zhǎng)的光有不同的折射率，因而，對(duì)不同的波長(zhǎng)，通過(guò)玻璃板 時(shí)所增加的光程不同，這是無(wú)法用空氣中的行程來(lái)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)必須加入補(bǔ)償板才能同時(shí)補(bǔ)償各種波長(zhǎng)的程差，參見(jiàn)圖2，因而在入射光為白光或其他復(fù)色光 時(shí)，補(bǔ)償板是不可缺少的。為了減小溫度梯度對(duì)雙動(dòng)鏡系統(tǒng)的影響，可在分束器和第一動(dòng)鏡之間加入 一個(gè)玻璃平行平板以減小第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡之間的距離，參見(jiàn)圖3。
權(quán)利要求
1. 一種雙動(dòng)鏡干涉儀，包括45度角設(shè)置在入射光束光路上的一個(gè)分束器，該分束器在入射光束方向上第二個(gè)面為半反射面；還包括設(shè)置在上述半反射面透射光束光路上的平面反射鏡，所述平面反射鏡與分束器正交；還包括設(shè)置在光束光路上的第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡、以及探測(cè)器和將經(jīng)第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡反射的光束會(huì)聚到探測(cè)器上的收集鏡；其特征在于所述的第一動(dòng)鏡位于所述半反射面的反射光路上，所述的第二動(dòng)鏡位于所述平面反射鏡的反射光路上；所述的第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡被一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)固定在一起，作為一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)部件，第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡相互平行，所述的第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡與分束器以及平面反射鏡之間的夾角均為45度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙動(dòng)鏡干涉儀，其特征在于所述的分束器與平面反 射鏡之間的光路上還設(shè)置有同時(shí)補(bǔ)償各種波長(zhǎng)光程差的補(bǔ)償板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙動(dòng)鏡干涉儀，其特征在于所述的分束器與第一動(dòng) 鏡之間的光路上設(shè)置有玻璃平行平板，該平行平板可減小第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡 之間的距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3任一所述的雙動(dòng)鏡干涉儀，其特征在于所述的剛性結(jié)構(gòu) 應(yīng)滿(mǎn)足其膨脹系數(shù)和雙動(dòng)鏡的膨脹系數(shù)相接近。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙動(dòng)鏡干涉儀，其特征在于所述的收集鏡為會(huì)聚透鏡或會(huì)聚透鏡組。
全文摘要
一種雙動(dòng)鏡干涉儀由一個(gè)分束器、一個(gè)固定的平面反射鏡、和平行安裝在可被線(xiàn)性移動(dòng)的公共滑動(dòng)部件上的第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡；第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡被一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)平行地固定在一起，作為一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)部件，分束器和平面反射鏡相互垂直，它們與第一動(dòng)鏡和第二動(dòng)鏡之間的夾角均為45度；光程差由平行平面雙動(dòng)鏡的直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，光程差為雙動(dòng)鏡位移(相對(duì)于其零光程差位置)的4倍。這種干涉儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，適用于各種光譜工作區(qū)的高分辨率傅立葉變換光譜儀。
文檔編號(hào)G02B17/08GK101532880SQ20081001769
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2008年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月12日
發(fā)明者周仁魁, 楊慶華, 趙葆常 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所