CN101261159A - 双猫眼动镜干涉仪 - Google Patents
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Abstract
一种双猫眼动镜干涉仪包含一个分束器、两个固定的平面反射镜、和被一个刚性结构背靠背地固定在一起作为一个单独的运动部件的第一猫眼动镜和第二猫眼动镜；两个猫眼动镜的主镜均为球面镜、次镜均为平面镜；两个猫眼动镜的次镜、分束器之间相互平行，它们与入射光束之间的夹角均为30度；第一平面镜平行于入射光束，第二平面镜与入射光束之间的夹角为60度，两个平面镜与分束器之间的夹角均为30度；双猫眼动镜沿分束器的法线方向做直线往复运动；光程差为双猫眼动镜位移(相对于其零光程差位置)的4倍。这种干涉仪消除了双猫眼动镜倾斜及横移产生的影响，适用于各种光谱工作区的高分辨率傅里叶变换光谱仪。
Description
技术领域
本发明涉及一种干涉仪，具体涉及一种应用于高分辨率傅里叶变换光谱仪的双猫眼动镜干涉仪。
背景技术
傅里叶变换光谱仪具有高光谱分辨率、高通量、多通道等优点，影响迈克尔逊(Michelson)干涉仪在傅里叶光谱仪中应用的最大问题是平面动镜在扫描过程中的倾斜问题。
使用猫眼镜(cat’s-eye retroreflector)或角反射体(cube-corner mirrors)代替平面动镜可以很好地解决倾斜问题，唯一的缺点是单个猫眼动镜或角反射体存在横向偏移问题。另外一种办法是使用动态校正伺服系统，但分辨率越高，这种校正系统的失灵概率就越高，而且该系统对机械振动引起的扰动非常敏感。
转镜式或摆镜式干涉仪消除了平面动镜倾斜带来的误差，提高了仪器的稳定性和可靠性，但其产生的光程差与转角为非线性关系，只适用于低分辨率光谱仪。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双猫眼动镜干涉仪，其解决了背景技术中平面动镜倾斜、单个猫眼动镜或角反射体横移的技术问题；在傅里叶变换光谱仪的应用中相对于迈克尔逊干涉仪大大地提高了精度，而且双猫眼动镜只需移动很小的距离即可获得较大的光程差，在制造误差和运动误差相同的条件下，可获得更高的仪器分辨率。
本发明的技术解决方案是：
一种双猫眼动镜干涉仪，包括30度角设置在入射光束光路上的一个分束器，该分束器在入射光束传播方向上第二个面为半反射面；还包括设置在上述半反射面反射光束光路上的第一平面镜和设置在上述半反射面透射光束光路上的第二平面镜；还包括设置在第一平面镜反射光束光路上的第一猫眼动镜和设置在第二平面镜反射光束光路上的第二猫眼动镜；还包括探测器、以及将经第一猫眼动镜和第二猫眼动镜反射的光束会聚到探测器上的收集镜。
其特征在于：
所述的第一猫眼动镜和第二猫眼动镜被一个刚性结构背靠背地固定在一起作为一个单独的运动部件；所述的两个猫眼动镜的主镜之间的距离几乎为零；所述的两个猫眼动镜的主镜均为球面反射镜、次镜均为平面反射镜；第一猫眼动镜次镜、第二猫眼动镜次镜、分束器之间相互平行，它们与入射光束之间的夹角均为30度；所述的第一猫眼动镜和第二猫眼动镜沿分束器的法线方向做直线往复运动。
所述的第一平面镜平行于入射光束，所述的第二平面镜与入射光束之间的夹角为60度；所述第一平面镜和第二平面镜与分束器之间的夹角均为30度；所述的分束器、第一平面镜、第二平面镜、第一猫眼动镜和第二猫眼动镜的中心位于同一个平面内。
上述的分束器与第二平面镜之间的光束光路上还设置有同时补偿各种波长光程差的补偿板；该补偿板与所述分束器具有相同的折射率和厚度且平行放置。
上述的分束器可为两块胶合的平面平行平板。
上述的分束器可为分光立方棱镜。
上述的收集镜为会聚透镜或会聚透镜组。
本发明的优点在于：
1.光程差为双猫眼动镜位移(相对于其零光程差位置)的4倍，即双猫眼动镜移动很小的距离即可获得较大的光程差，适用于各种光谱工作区的高分辨率光谱仪。
2.该干涉仪消除了双猫眼动镜倾斜产生的影响。
3.该干涉仪消除了双猫眼动镜横移产生的影响。
在傅里叶变换光谱仪的应用中，该干涉仪相对于迈克尔逊干涉仪大大地提高了精度。
附图说明
图1为本发明光学结构原理示意图。
图2为本发明包含补偿板的结构原理示意图。
图3为两块胶合的平面平行平板分光装置。
图4为立方棱镜分光装置。
具体实施方式
双猫眼动镜干涉仪包括一个分束器、两个固定的平面反射镜(即第一平面镜、第二平面镜)、和被一个刚性结构背靠背地固定在一起作为一个单独的运动部件的第一猫眼动镜和第二猫眼动镜；两个猫眼动镜的主镜均为球面反射镜、次镜均为平面反射镜；第一猫眼动镜的次镜、第二猫眼动镜的次镜、分束器之间相互平行，它们与入射光束之间的夹角均为30度；第一平面镜平行于入射光束，第二平面镜与入射光束之间的夹角为60度，两个平面镜与分束器之间的夹角均为30度；分束器、第一平面镜、第二平面镜、第一猫眼动镜和第二猫眼动镜的中心位于同一个平面内；第一猫眼动镜和第二猫眼动镜沿分束器的法线方向做直线往复运动。
入射的平行光束在分束器的半反射面上反射和透射，并被分为强度相等的两束光I和II，光束I依次被第一平面镜、第一猫眼动镜反射后折回到第一平面镜，被第一平面镜反射后射向分束器并透过分束器，经收集镜会聚到探测器上；光束II依次被第二平面镜、第二猫眼动镜反射后折回到第二平面镜，被第二平面镜反射后射向分束器并透过分束器，经收集镜会聚到探测器上。这两束光由于来自同一光束，因而是相干光束，它们相交时发生干涉。
光束I和II之间的光程差是由双猫眼动镜(第一猫眼动镜、第二猫眼动镜)的直线往复运动产生的，光程差是双猫眼动镜位移(相对于其零光程差位置)的函数。双猫眼动镜沿分束器的法线方向做直线往复运动。随着双猫眼动镜的直线运动，光程差的大小逐渐变化，干涉强度也随着逐渐变化。选择在线性度较好的区域内等时间间隔地测量即可得到一系列干涉强度值，然后对取样干涉强度值进行傅里叶变换即可得到光谱值。
当双猫眼动镜移动距离a时，有两种情况：一种情况是光束I的光程增加了2a而光束II的光程减少了2a，于是光束I和光束II之间光程差的变化量为4a；另外一种情况是光束I的光程减少了2a而光束II的光程增加了2a，则光束I和光束II之间光程差的变化量仍为4a。因此，光程差值的改变量为双猫眼动镜移动距离的4倍。光程差x与双猫眼动镜位移(相对于其零光程差位置)l之间的关系为
x＝4l (1)
在理想情况(即双猫眼动镜在运动过程中没有发生倾斜和横移)下，干涉强度为
I(x)＝B(σ)[1+cos(2πσx)] (2)
式中σ为波数，B(σ)为光谱强度，x为光程差。
因此双猫眼动镜干涉仪干涉强度与双猫眼动镜位移(相对于其零光程差位置)之间的关系式可表示为
I(x)＝B(σ)[1+cos(8πσl)] (3)
因为第一猫眼动镜和第二猫眼动镜的出射光束与入射光束平行反向，所以双猫眼动镜干涉仪消除了双猫眼动镜倾斜的影响。当双猫眼动镜发生横向偏移时，第一猫眼动镜的横移正好补偿了第二猫眼动镜的横移，因此双猫眼动镜的横移对双猫眼动镜干涉仪没有影响，即双猫眼动镜干涉仪消除了双猫眼动镜横移产生的影响。
图1中光束I通过分束器三次，而光束II则经过一次，分束器分出的两束光I和II具有不对称性。若入射光为单色光，光束I经过分束器所增加的光程可以用空气中的行程来补偿。但是入射光束为白光或其他复色光时，因为玻璃有色散，不同波长的光有不同的折射率，因而，对不同的波长，通过分束器时所增加的光程不同，这是无法用空气中的行程来补偿的。这时必须在分束器和第二平面镜之间的光束光路上加上与分束器具有相同的折射率和厚度且平行放置的补偿板才能同时补偿各种波长的光程差，参见图2。
具有分束器和补偿板的干涉仪尺寸较大，为了缩小干涉仪的外形尺寸，从而也为了提高其机械稳定性和热稳定性，经常应用两块胶合的平面平行平板(参见图3)和立方棱镜(参见图4)这两种分光装置取代分束器和补偿板。
本发明中的猫眼镜可由其他类型的猫眼镜代替。
Claims (5)
1.一种双猫眼动镜干涉仪，包括30度角设置在入射光束光路上的一个分束器，该分束器在入射光束传播方向上第二个面为半反射面；还包括设置在上述半反射面反射光束光路上的第一平面镜和设置在上述半反射面透射光束光路上的第二平面镜；还包括设置在第一平面镜反射光束光路上的第一猫眼动镜和设置在第二平面镜反射光束光路上的第二猫眼动镜；还包括探测器、以及将经第一猫眼动镜和第二猫眼动镜反射的光束会聚到探测器上的收集镜；
其特征在于：
所述的第一猫眼动镜和第二猫眼动镜被一个刚性结构背靠背地固定在一起作为一个单独的运动部件；所述的两个猫眼动镜的主镜之间的距离几乎为零；所述的两个猫眼动镜的主镜均为球面反射镜、次镜均为平面反射镜；第一猫眼动镜次镜、第二猫眼动镜次镜、分束器之间相互平行，它们与入射光束之间的夹角均为30度；所述的第一猫眼动镜和第二猫眼动镜沿分束器的法线方向做直线往复运动；
所述的第一平面镜平行于入射光束，所述的第二平面镜与入射光束之间的夹角为60度；所述第一平面镜和第二平面镜与分束器之间的夹角均为30度；所述的分束器、第一平面镜、第二平面镜、第一猫眼动镜和第二猫眼动镜的中心位于同一个平面内。
2.根据权利要求1所述的双猫眼动镜干涉仪，其特征在于：所述的分束器与第二平面镜之间的光束光路上还设置有同时补偿各种波长光程差的补偿板；该补偿板与所述分束器具有相同的折射率和厚度且平行放置。
3.根据权利要求1所述的双猫眼动镜干涉仪，其特征在于：所述的分束器可为两块胶合的平面平行平板。
4.根据权利要求1所述的双猫眼动镜干涉仪，其特征在于：所述的分束器可为分光立方棱镜。
5.根据权利要求1～4任一所述的双猫眼动镜干涉仪，其特征在于：所述的收集镜为会聚透镜或会聚透镜组。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CNA2008100180314A CN101261159A (zh) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | 双猫眼动镜干涉仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CNA2008100180314A CN101261159A (zh) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | 双猫眼动镜干涉仪 |
Publications (1)
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| CN101261159A true CN101261159A (zh) | 2008-09-10 |
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Family Applications (1)
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| CNA2008100180314A Pending CN101261159A (zh) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | 双猫眼动镜干涉仪 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN101261159A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101968442A (zh) * | 2010-09-19 | 2011-02-09 | 西安交通大学 | 一种傅里叶变换光谱仪用曲柄滑块动镜扫描系统 |
| CN101718519B (zh) * | 2008-10-09 | 2012-01-04 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 动镜环形干涉仪 |
| CN110208204A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-09-06 | 苗春磊 | 一种基于dlp技术的傅里叶变换光谱仪 |
-
2008
- 2008-04-24 CN CNA2008100180314A patent/CN101261159A/zh active Pending
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