專利名稱：一種fpi設計方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學技術領域，特別涉及一種FPI設計方法。
背景技術：
FPI (法布里-帕羅干涉儀)是國際上普遍采用的一種中高層大氣風速和溫度的被動式光學測量設備，它通過對分布在中高層大氣中特定高度上的氣輝輻射譜線的干涉成像實現大氣風速和溫度的測量，在大氣動力學研究和空間天氣監(jiān)測與預警方面具有重要應用價值?，F有法布里-帕羅干涉測風儀從前端依次由氣輝接收和成像望遠鏡、氣輝輻射干涉系統(tǒng)、氣輝干涉圖成像系統(tǒng)三個分系統(tǒng)組成，它們的相對通光孔徑和視場角必須匹配；依據不同的探測和數據處理方式，前端望遠鏡的視場角可以小至0.5° 10°，稱之為掃描式FPI ;也可以大至近180°，稱之為全空式FPI ;干涉系統(tǒng)由準直物鏡和標準具構成，標準具的通光孔徑限定了整個光學系統(tǒng)的通光孔徑，而它的腔間距也關聯著光學系統(tǒng)的分辨·率；成像系統(tǒng)由成像物鏡和成像CCD構成。三個分系統(tǒng)的視場角要相互匹配，該視場角一般由前端望遠鏡視場角決定，也與干涉圖像中所要顯示的條紋數目，也即標準具腔長和入射光波長有關；入射光波長是確定的，一旦標準具腔長確定了，條紋數目與視場角成正比的關系；干涉圖像中的條紋數目過少，則圖像中所包含的測量信息量也相應不足，影響測量的可靠性；反之，若條紋數目過多，干涉圖像的分辨率將降低，影響測量的精度。因此，條紋數目的選擇要適中，對大像面CXD可多一些，小像面CXD就相應要少一些，例如對13*13_2像面的CCD，若選擇8條左右的干涉條紋數目，視場角就完全由標準具腔長決定了，若希望視場角大些就選擇腔長短一些的標準具，反之就選擇長一些的。例如，對前端望遠鏡視場角為5°的掃描式FPIjf 13*13_2像面的CXD選擇腔長約為2. 5mm的標準具可使干涉分系統(tǒng)的視場角與前端望遠鏡直接匹配；但是若前端望遠鏡的視場角過大時，標準具腔長就會過短，將會造成干涉條紋銳利度的實際性下降，降低數據處理精度，此時就必須用場鏡來銜接二者的視場角了。例如對全空型FPI，前端近180°的視場必須用場鏡壓縮至與所選用的標準具視場角匹配。FPI中，標準具通光孔徑和腔長與CCD成像面尺寸對設備的光學性能具有重要的影響，原則上CCD像面和標準具孔徑越大越好，但考慮到成本因素，標準具孔徑和CCD像面尺寸受到一定的限制。標準具腔長基本與成本無關，在保持適中的條紋銳度的前提下，可通過選擇腔長來匹配視場角。由于氣輝輻射非常微弱，FPI (法布里-帕羅干涉儀)的關鍵技術指標是相對通光孔徑和圖像分辨率，前者直接決定著干涉圖像的性噪比和采集速度，后者直接關聯著數據圖像的處理精度；由于干涉和成像系統(tǒng)中的標準具通光孔徑和CCD成像面尺寸的制約，通過減小各個分系統(tǒng)的物鏡焦距來提高相對通光孔徑往往會導致系統(tǒng)分辨率的降低；目前國際上運行的FPI的相對通光孔徑大多在1/5左右，由于氣輝輻射很弱，具有單光子探測功能的高靈敏度和低噪聲的科學級CCD的曝光時間通常在3分鐘以上，這直接限制了探測數據的時間分辨率和性噪比，導致其測量精度降低，因此尋求一種好的FPI設計方法很有必要。

發(fā)明內容
針對背景技術存在的問題，本發(fā)明提供一種FPI的設計方法，該方法綜合考慮了FPI (法布里-帕羅干涉儀)的主要技術指標，在保證數據圖像分辨率的前提下，提出了一種優(yōu)化FPI相對通光孔徑的設計方法，對提高數據圖像的信噪比和采集速率具有重要意義。本發(fā)明采用的方法如下一種FPI設計方法，包括以下步驟，步驟I、確定標準具的通光孔徑R、腔長d和成像CXD的成像面S，R 取 50mm, d 取 15mm, S 取 6*6mm2 ；步驟2、確定視場角，根據步驟I確定的標準具腔長d以及公式計算視場角2w,其中，干涉條紋級數Am取8,光波長\取600nm, d取15mm,計算得到半視場角w ^ 17. 89mrad ^ I. 025°，視場角 2w 為 2. 05° ;步驟3、確定成像物鏡、準直物鏡和望遠鏡的參數，成像物鏡的參數包括焦距f、孔徑r、相對通光孔徑，成像物鏡的孔徑r取為55mm ;根據公式
權利要求
1.一種FPI設計方法，其特征在于包括以下步驟， 步驟I、確定標準具的通光孔徑R、腔長d和成像CXD的成像面S，R 取 50mm，d 取 15mm，S 取 6*6臟2 ； 步驟2、確定視場角，根據步驟I確定的標準具腔長d以及公式
全文摘要
本發(fā)明提供一種FPI設計方法，望遠鏡、準直物鏡和成像物鏡采用視場角直接匹配的對稱設計方法，三者的光學參數均相同，使FPI光學轉換線性度高且損耗小，有利于優(yōu)化像質、簡化系統(tǒng)結構和減小系統(tǒng)誤差,本發(fā)明提高了相對通光孔徑，在相同的曝光時間下，使通光量增加，提高了探測圖像的性噪比和時間分辨率，提高了測量精度。
文檔編號G01P5/26GK102749476SQ20121025502
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權日2012年7月23日
發(fā)明者何平安, 張燕革, 胡國元, 艾勇 申請人:武漢大學