CN102519609A - 双通道横向剪切干涉仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双通道横向剪切干涉仪,包括:两个分束膜和两组反射镜组,所述两个分束膜中心对称设置;所述两组反射镜组中心对称设置,所述两组反射镜组的中心对称点到每组反射镜组中两个反射镜的臂的长度不相等,第一个分束膜将入射平行光分为透射和反射两路光束;每组反射镜组中的两个反射镜的夹角为45度,所述两组反射镜组将从所述分束膜分出的透射和反射两路光束分别折转反射90度后,进入另一个分束膜;所述另一个分束膜将入射的两路光束分别透射和反射后,形成两个通道输出,该两个通道输出的为剪切量完全相等的两束光。这样既能满足横向剪切的要求,又能提高能量利用率。
Description
技术领域
本发明涉及干涉光谱成像技术领域,尤其涉及一种双通道横向剪切干涉仪。
背景技术
目前,干涉型光谱成像技术是新兴的一种对目标进行光谱探测的方法,具有多通道、高通量和高测量精度等优点,是光谱成像领域的研究热点之一。干涉成像光谱仪按照获取干涉图方式的不同,可以分为时间调制型、空间调制型和时空联合调制型三类。在各类型干涉成像光谱仪中,作为分光元件的横向剪切干涉仪是核心部件,其分光方式和工作效率对整个仪器有着重要影响。目前常用的有迈克尔逊(Michelson)干涉仪、萨尼亚克(Sagnac)横向剪切干涉仪、双角反射体干涉仪等。
干涉成像光谱仪中采用的横向剪切干涉仪要求能够将进入干涉仪的一束光沿垂直于光轴方向等光程的分开,形成分波前干涉条件。现有技术方案中常用的结构型式均采用共光路方式,如Sagnac干涉仪,但现有技术的结构中会有一半光线沿原路返回,不仅降低了能量利用率,还形成了杂散光源。
发明内容
本发明的目的是提供一种双通道横向剪切干涉仪,既能满足横向剪切的要求,又能提高能量利用率、无回溯光、不会形成杂散源,还能够通过双通道输出,扩展仪器用途。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的,一种双通道横向剪切干涉仪,所述双通道横向剪切干涉仪包括:两个分束膜和两组反射镜组,所述两个分束膜中心对称设置;所述两组反射镜组中心对称设置,所述两个分束膜的中心对称点与所述两组反射镜组的中心对称点重合,所述两组反射镜组的中心对称点到每组反射镜组中两个反射镜的臂的长度不相等,其中,
第一个分束膜将入射平行光分为透射和反射两路光束;
每组反射镜组中的两个反射镜的夹角为45度,所述两组反射镜组将从所述分束膜分出的透射和反射两路光束分别折转反射90度后,进入另一个分束膜;
所述另一个分束膜将入射的两路光束分别透射和反射后,形成两个通道输出,该两个通道输出的为剪切量完全相等的两束光。
在本发明一较佳实施例中,所述两组反射镜组的中心对称点到每组反射镜组中两个反射镜的臂的长度包括:每组反射镜组中的两个反射镜或反射镜的延长线与平面直角坐标系的水平轴和垂直轴的交点到所述平面直角坐标系的原点的长度,所述平面直角坐标系的原点与所述两组反射镜组的中心对称点重合。
在本发明一较佳实施例中,每个分束膜由一个具有半透半反面的分束平行平板组成;
每组反射镜组中的两个反射镜由两个平面反射镜组成,其中,所述两个平面反射镜夹角为45度,且所述平面反射镜镀外反射膜。
在本发明一较佳实施例中,所述具有半透半反面的分束平行平板由两块完全相同的平行平板胶合而成,其中一块平行平板用于胶合的表面镀分束膜,所述分束膜的分束比为1∶1。
在本发明一较佳实施例中,每个分束膜由胶合分束棱镜组成,其中,所述胶合分束棱镜由两块完全相同的等腰直角棱镜胶合而成,其中一块等腰直角棱镜的斜面镀分束膜,两块等腰直角棱镜通过斜面胶合;
每组反射镜组中的两个反射镜由非对称五角棱镜的两个镀内反射膜且夹角为45度的斜面组成,其中,所述非对称五角棱镜包括两个直角面,所述两组反射镜组的中心对称点到每组反射镜组中的两个反射镜的臂的长度分别等于所述非对称五角棱镜的所述两个直角面在主截面内的直角边的长度;
所述每个胶合分束棱镜的两个直角面分别和所述两个非对称五角棱镜的一个直角面胶合,所述两个胶合分束棱镜的镀膜面共面。
在本发明一较佳实施例中,所述分束膜的分束比为1∶1。
在本发明一较佳实施例中,所述两个分束膜由两块道威棱镜组成,其中,两块道威棱镜通过底面胶合,所述两块道威棱镜中的一块的底面镀分束膜;
每组反射镜组中的两个反射镜由一个等腰棱镜的两个镀内反射膜的斜面组成,其中,所述等腰棱镜的两个斜面的夹角为45度,所述等腰棱镜的底面与其中一个道威棱镜的顶面胶合。
在本发明一较佳实施例中,所述分束膜的分束比为1∶1。
由上述本发明提供的技术方案可以看出,所述双通道横向剪切干涉仪包括:两个分束膜和两组反射镜组,所述两个分束膜中心对称设置;所述两组反射镜组中心对称设置,所述两个分束膜的中心对称点与所述两组反射镜组的中心对称点重合,所述两组反射镜组的中心对称点到每组反射镜组中两个反射镜的臂的长度不相等,其中,第一个分束膜将入射平行光分为透射和反射两路光束;每组反射镜组中的两个反射镜的夹角为45度,所述两组反射镜组将从所述分束膜分出的透射和反射两路光束分别折转反射90度后,进入另一个分束膜;所述另一个分束膜将入射的两路光束分别透射和反射后,形成两个通道输出,该两个通道输出的为剪切量完全相等的两束光。通过本发明实施例提供的双通道横向剪切干涉仪,中心对称点到每组反射镜组中的两反射镜的臂的长度不相等,在两路光汇合输出时光线与等臂的情况下有横向偏移,入射的光线被分为透射和反射两路光束,不会产生沿路返回的光线,提高了能量的利用率。此外,可以实现光束的横向剪切。通过本发明实施例的干涉仪无回溯光,不会形成杂散源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的双通道横向剪切干涉仪的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的双通道横向剪切干涉仪具体实现的一种结构示意图;
图3为本发明实施例提供的双通道横向剪切干涉仪具体实现的第二种结构示意图;
图4为本发明实施例提供的双通道横向剪切干涉仪具体实现的第三种结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
本发明实施例所述双通道横向剪切干涉仪工作原理为:在平行光路中,使两路光经历等光程,将入射光横向对称剪切开来,分别经过两个通道输出,使两个通道的剪切量相等。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述,如图1所示为本发明实施例提供的双通道横向剪切干涉仪的结构示意图,图1中的双通道横向剪切干涉仪包括两个分束膜和两组反射镜组,所述两个分束膜中心对称设置;所述两组反射镜组中心对称设置,两个分束膜的中心对称点与该两组反射镜组的中心对称点重合,两组反射镜组的中心对称点到每组反射镜组中的两个反射镜的臂的长度不相等,其中:
第一个分束膜将入射平行光分为透射和反射两路光束;
每组反射镜组中的两个反射镜的夹角为45度,该两组反射镜组将从所述分束膜分出的透射和反射两路光束分别折转反射90度后,进入另一个分束膜;
所述另一个分束膜将入射的两路光束分别透射和反射后,形成两个通道输出,该两个通道输出的为剪切量完全相等的两束光,达到双通道横向剪切的目的。
其中,该两组反射镜组的中心对称点到每组反射镜组中的两个反射镜的臂的长度分别为:每组反射镜组中的两个反射镜或反射镜的延长线与平面直角坐标系的水平轴和垂直轴的交点到该平面直角坐标系的原点的长度,其中,该平面直角坐标系的原点与该两组反射镜组的中心对称点重合。
在具体实现过程中,有多种方式可以实现分束膜和反射镜组,下面以具体实施例列举几种实现方式:
方式一:如图2为本发明实施例提供的双通道横向剪切干涉仪具体实现的一种结构示意图。该干涉仪包括:第一分束膜1、第二分束膜6,第一反射镜组和第二反射镜组,其中第一反射镜组包括:第一平面反射镜2和第二平面反射镜3,第二反射镜组包括:第三平面反射镜4和第四平面反射镜5。
其中,第一分束膜1和第二分束膜6由一个具有半透半反面的分束平行平板组成;
第一反射镜组中的第一平面反射镜2和第二平面反射镜3,以及第二反射镜组中的第三平面反射镜4和第四平面反射镜5分别由两个平面反射镜组成,且所述平面反射镜镀外反射膜。第一平面反射镜2和第二平面反射镜3的夹角以及第三平面反射镜4和第四平面反射镜5的夹角均为45度。
所述具有半透半反面的分束平行平板由两块完全相同的平行平板胶合而成,其中一块平行平板用于胶合的表面镀分束膜,分束膜的分束比为1∶1。
上述图2结构具体光路的工作过程为:首先,轴上平行光以45度入射到第一分束膜1,分为两路光束,一路透射,一路反射。
透射光经过第一平面反射镜2和第二平面反射镜3反射折转90度,较佳地,第一平面反射镜2与第一分束膜1和第二分束膜2所夹锐角为67.5度,第二平面反射镜3与第一平面反射镜2夹角为45度;折转后的光线再通过第二分束膜6分别反射和透射,在输出通道一和输出通道二输出。
经过第一分束膜1的反射光与透射光行进路线对称,第三平面反射镜4与第二平面反射镜3中心对称,第四平面反射镜5和第一平面反射镜2中心对称;这一路折转后的光线再通过第二分束膜6分别透射和反射,在输出通道一和输出通道二输出。
如图2所示,以两组反射镜组的中心对称点O为原点作平面直角坐标系Oxy。以第一组平面反射镜为例,该平面直角坐标系与第一平面反射镜2和第二平面反射镜3的延长线的交点分别为A点和B点,线段OA和OB分别为这两组反射镜组的中心对称点O到第一平面反射镜2和第二平面反射镜3的臂,相应地,线段OA和OB的长度分别为这两组反射镜组的中心对称点O到第一平面反射镜2和第二平面反射镜3的臂的长度,这两个长度不相等。
第一平面反射镜2和第二平面反射镜3的两臂不等长,因此在两路光汇合输出时光线与等臂情况下有横向偏移,由于分开的两路元件中心对称,即,第一分束膜1和第二分束膜6中心对称,第一反射镜组和第二反射镜组中心对称,因此输出时两个横向偏移大小相等,方向相反,从而形成了要求的横向剪切量。
方式二:如图3为本发明实施例提供的双通道横向剪切干涉仪具体实现的第二种结构示意图,图3中:
每个分束膜由胶合分束棱镜组成,其中,如图3所示,所述胶合分束棱镜由两块完全相同的第一等腰直角棱镜7和第二等腰直角棱镜8胶合而成,其中一块等腰直角棱镜的斜面镀分束膜,第一等腰直角棱镜7和第二等腰直角棱镜8通过斜面胶合;
每组反射镜组中的两个反射镜由一块非对称五角棱镜,如图3中的第一非对称五角棱镜9和第二非对称五角棱镜11,的两个镀内反射膜且夹角为45度的斜面组成。其中,第一非对称五角棱镜9和第二非对称五角棱镜11包括两个直角面,两组反射镜组的中心对称点到每组反射镜组中的两个反射镜的臂的长度分别等于第一非对称五角棱镜9和第二非对称五角棱镜11的两个直角面在主截面内的直角边的长度,两臂的长度不相等。
所述每个胶合分束棱镜的两个直角面分别和两个非对称五角棱镜的一个直角面胶合,两个胶合分束棱镜的镀膜面共面。例如,胶合分束棱镜的两个直角面分别和第一非对称五角棱镜的9和第二非对称五角棱镜11的一个直角面胶合。
所述胶合分束棱镜中一个等腰直角棱镜,例如等腰直角棱镜7,用于胶合的斜面镀分束膜,该分束膜的分束比为1∶1。
上述图3结构具体光路的工作过程为:首先,轴上平行光垂直入射到第一等腰直角棱镜7,在镀分束膜的斜面处分为两路光,一路透射,一路反射。
透射光经过第二等腰直角棱镜8后进入第一非对称五角棱镜9,其两斜面镀内反射膜,使光线折转90度后进入第三等腰直角棱镜10,在分束膜处分为反射和透射两路,分别通过输出通道一和输出通道二输出。
经过第一等腰直角棱镜7处分束膜的反射光经过第一等腰直角棱镜7进入第二非对称五角棱镜11,第二非对称五角棱镜11与第一非对称五角棱镜9完全相同,且处于中心对称的位置,作用也是将光线折转90度,因此这一路光线折转后进入第四等腰直角棱镜12,在分束膜处分为透射和反射两路,分别通过输出通道一和输出通道二输出。
由于两个非对称五角棱镜的直角棱边不等长,且处于中心对称的位置布局,与本发明实施方法一类似,在两路光汇合输出时光线分别发生大小相等方向相反的横向偏移,从而形成了要求的横向剪切量。
所有棱镜胶合,形成实体式的双通道横向剪切干涉仪。与实施方法一相比,本方法为实体型结构,形成一个干涉仪模块,具有良好的抗冲击、震动的功能,且不易受到灰尘、湿气、对流等环境激烈变化造成的扰动的影响。
方式三:图4为本发明实施例提供的双通道横向剪切干涉仪具体实现的第三种结构示意图。
所述两个分束膜由两块道威棱镜组成,如图4中的第一道威棱镜13和第二道威棱镜14,其中,第一道威棱镜13和第二道威棱镜14通过底面胶合,第一道威棱镜13和第二道威棱镜14中的一块的底面镀分束膜。
每组反射镜组中的两个反射镜由一个等腰棱镜,如图4中的第一等腰棱镜15和第二等腰棱镜16,的两个镀内反射膜的斜面组成。其中,所述第一等腰棱镜15和第二等腰棱镜16的两个斜面的夹角为45度,所述第一等腰棱镜15的底面与第二道威棱镜14的顶面胶合,第二等腰棱镜16的底面与第一道威棱镜13的顶面胶合。
所述第一道威棱镜13和第二道威棱镜14中的一块底面镀分束膜,分束膜的分束比为1∶1。
上述图4具体光路的工作过程为:首先,轴上平行光垂直入射到第一道威棱镜13,在镀分束膜的底面处分为两路光,一路透射,一路反射。
透射光进入第二道威棱镜14,从顶面进入第一等腰棱镜15,其两个侧面镀内反射膜,使光线折转90度后重新进入第二道威棱镜14,在分束膜处再次发生反射和透射,分别通过输出通道一和输出通道二输出。
经过第一道威棱镜13处分束膜的反射光经过第一道威棱镜13,从顶面进入第二等腰棱镜16,第二等腰棱镜16与第一等腰棱镜15完全相同,且处于中心对称的位置布局,与本发明实施方法一类似,在两路光汇合输出时光线分别发生大小相等方向相反的横向偏移,从而形成了要求的横向剪切量。
如图4所示,以两组反射镜组的中心对称点O为原点作平面直角坐标系Oxy。以第一等腰棱镜15为例,该平面直角坐标系与该第一等腰棱镜15的两个腰相交,交点到原点O的线段为这第一等腰棱镜15和第二等腰棱镜16的中心对称点O到第一等腰棱镜15的两腰的臂,线段的长度为臂的长度,在本实施例中,这两个臂的长度不相等。
所有棱镜胶合,形成实体式的双通道横向剪切干涉仪。与实施方法一相比,本方法为实体型结构,形成一个干涉仪模块,具有良好的抗冲击、震动的功能,且不易受到灰尘、湿气、对流等环境激烈变化造成的扰动的影响。与实施方法二相比,本方法采用的棱镜数量较少,易于胶合,同时减少了误差源,能够以较低的代价达到更高的胶合精度。
值得指出的是,上述只是列举出了三种具体实现过程,本领域技术人员可以想到的其他实现手段也是可以满足本发明需求的。
综上所述,本发明实施例所述的双通道横向剪切干涉仪即能满足横向剪切的要求,又能提高能量利用率、无回溯光、不会形成杂散源,还能够通过双通道输出,扩展仪器用途;同时对于上述方式二和三来说,可以同时加工出完全相同的棱镜进行胶合,通过加工工艺便可保证相同元件的面型、尺寸精度等完全一致。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种双通道横向剪切干涉仪,其特征在于,所述双通道横向剪切干涉仪包括两个分束膜和两组反射镜组,所述两个分束膜中心对称设置;所述两组反射镜组中心对称设置,所述两个分束膜的中心对称点与所述两组反射镜组的中心对称点重合,所述两组反射镜组的中心对称点到每组反射镜组中两个反射镜的臂的长度不相等,其中,
第一个分束膜将入射平行光分为透射和反射两路光束;
每组反射镜组中的两个反射镜的夹角为45度,所述两组反射镜组将从所述分束膜分出的透射和反射两路光束分别折转反射90度后,进入另一个分束膜;
所述另一个分束膜将入射的两路光束分别透射和反射后,形成两个通道输出,该两个通道输出的为剪切量完全相等的两束光。
2.如权利要求1所述的双通道横向剪切干涉仪,其特征在于,所述两组反射镜组的中心对称点到每组反射镜组中两个反射镜的臂的长度为:
每组反射镜组中的两个反射镜或反射镜的延长线与平面直角坐标系的水平轴和垂直轴的交点到所述平面直角坐标系的原点的长度,其中所述平面直角坐标系的原点与所述两组反射镜组的中心对称点重合。
3.如权利要求2所述的双通道横向剪切干涉仪,其特征在于,
每个分束膜由一个具有半透半反面的分束平行平板组成;
每组反射镜组中的两个反射镜由两个平面反射镜组成,其中,所述两个平面反射镜夹角为45度,且所述平面反射镜镀外反射膜。
4.如权利要求3所述的双通道横向剪切干涉仪,其特征在于,
所述具有半透半反面的分束平行平板由两块完全相同的平行平板胶合而成,其中一块平行平板用于胶合的表面镀分束膜,所述分束膜的分束比为1∶1。
5.如权利要求1或2所述的双通道横向剪切干涉仪,其特征在于,
每个分束膜由胶合分束棱镜组成,其中,所述胶合分束棱镜由两块完全相同的等腰直角棱镜胶合而成,其中一块等腰直角棱镜的斜面镀分束膜,两块等腰直角棱镜通过斜面胶合;
每组反射镜组中的两个反射镜由非对称五角棱镜的两个镀内反射膜且夹角为45度的斜面组成,其中,所述非对称五角棱镜包括两个直角面,所述两组反射镜组的中心对称点到每组反射镜组中的两个反射镜的臂的长度分别等于所述非对称五角棱镜的所述两个直角面在主截面内的直角边的长度;
所述每个胶合分束棱镜的两个直角面分别和所述两个非对称五角棱镜的一个直角面胶合,所述两个胶合分束棱镜的镀膜面共面。
6.如权利要求5所述的双通道横向剪切干涉仪,其特征在于,
所述分束膜的分束比为1∶1。
7.如权利要求1或2所述的双通道横向剪切干涉仪,其特征在于,
所述两个分束膜由两块道威棱镜组成,其中,两块道威棱镜通过底面胶合,所述两块道威棱镜中的一块的底面镀分束膜;
每组反射镜组中的两个反射镜由一个等腰棱镜的两个镀内反射膜的斜面组成,其中,所述等腰棱镜的两个斜面的夹角为45度,所述等腰棱镜的底面与其中一个道威棱镜的顶面胶合。
8.如权利要求7所述的双通道横向剪切干涉仪,其特征在于,
所述分束膜的分束比为1∶1。
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