CN109100019B - 一种实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学装配领域，具体涉及一种实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统及方法。本发明解决了现有的实体型Sagnac干涉仪装调精度较低的问题。本发明实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统，包括水平台、载物台、干涉仪胶合底座、激光器、十字分划板、平行光管、第一经纬仪、第二经纬仪、第一自准光管、第二自准光管、成像镜头、成像相机；激光器、平行光管和第二经纬仪依次设置，且三者的光轴均同心；十字分划板位于平行光管的焦面位置，第一经纬仪与成像镜头、成像相机的光轴均同心；第一经纬仪的光轴与第二经纬仪的光轴夹角为90°；第一自准光管的光轴与第一经纬仪的光轴相交，夹角为22.5°；第二自准光管的光轴与第二经纬仪的光轴相交，夹角为22.5°。

Description

一种实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统和方法
技术领域
本发明属于光学装配领域，具体涉及一种实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统及方法。
背景技术
基于横向剪切干涉的空间调制型傅里叶变换成像光谱仪回避了运动部件和扫描机构所带来的技术困难，具有高稳定性、高通量以及可对光谱进行实时测量等优点。横向剪切干涉仪是空间调制型傅里叶变换成像光谱仪的核心和关键部件，其典型代表为Sagnac干涉型横向剪切干涉仪和迈克尔逊干涉型横向剪切干涉仪。Sagnac干涉型横向剪切干涉仪由于采用了三角共光路的结构，受外界振动、气流等因素的影响较小，抗干扰能力强，应用最为广泛。
图1是一个典型的Sagnac干涉仪，其主要由两个半五角棱镜组成，入射的准直光束在棱镜分光面处的入射角为45°，一路光束反射后按顺时针方向传送，另一路光束透过分光面按逆时针方向传输。如果两个半五角棱镜相对分光面对称组合，两路光束在干涉仪出射面上与光轴的方向相同且位置重合；如果对着入射面沿分光面发生偏移，形成非对称组合，入射光线经过Sagnac干涉仪的横向剪切，将分割成两条相干光线。
干涉仪对各部件的位置安装精度有着很高的要求，干涉仪安装位置精度要求优于0.01mm，安装角度精度要求优于1"，反射镜的方位及俯仰方向的装配误差要求优于0.5μm，使得实体型Sagnac干涉仪的精密装调较为困难。目前还尚未见有能够提高实体型Sagnac干涉仪装调精度的系统。
发明内容
为解决现有的实体型Sagnac干涉仪装调精度较低的问题，本发明提出了一种实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统，其结构简单、易实现，可实现实体型Sagnac干涉仪的精密装调。
本发明解决上述问题的技术方案是，一种实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统，其特殊之处在于：
包括水平台、载物台、干涉仪胶合底座、激光器、十字分划板、平行光管、第一经纬仪、第二经纬仪、第一自准光管、第二自准光管、成像镜头、成像相机；
载物台、激光器、十字分划板、平行光管、第一经纬仪、第二经纬仪、第一自准光管、第二自准光管、成像镜头和成像相机均设置在水平台上，干涉仪胶合底座放置在载物台上；激光器、平行光管和第二经纬仪依次设置，且三者的光轴均同心；十字分划板位于平行光管的焦面位置，第一经纬仪与成像镜头、成像相机的光轴均同心，且第一经纬仪的光轴与第二经纬仪的光轴夹角为90°；
第一自准光管位于第一经纬仪靠近平行光管的一侧，第一自准光管的光轴与第一经纬仪的光轴相交，夹角为22.5°；第二自准光管位于第二经纬仪靠近成像镜头一侧，第二自准光管的光轴与第二经纬仪的光轴相交，夹角为22.5°；成像相机与计算机相连。
另外，本发明还提出一种上述实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统的胶合方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1)装调主平面的建立
1.1)将载物台放置在水平台上，再将干涉仪胶合底座放置在载物台上，用电子水平仪对干涉仪胶合底座进行调平，调平差小于2″；
1.2)将第一经纬仪、第二经纬仪调整至水平，将二者互瞄对准后各转45度角，此时第一经纬仪的光轴与第二经纬仪的光轴呈90度夹角，为Sagnac实体干涉仪胶合标定出一个大地水平的基准平面；
1.3)通过第二经纬仪标定平行光管岀射十字丝是否水平铅垂，标校后平行光管作为基准光管，在Sagnac实体干涉仪胶合过程中，基准光管状态不得发生变化；
1.4)用第一经纬仪标定成像相机行像元与大地水平；用第一经纬仪垂直扫描的方式标定相机列像元；
2)自准监测基准建立
2.1)在干涉仪胶合底座上放置第一半五角棱镜(Sagnac干涉仪是由两块半五角棱镜组成，分别为第一半五角棱镜与第二半五角棱镜)，在平行光管焦面处放置高斯目镜，观察第一半五角棱镜入射面自准像与平行光管焦面位置十字丝是否重合，若未重合，调整第一半五角棱镜的方位，使得第一半五角棱镜入射面自准像与平行光管焦面位置十字丝重合，调整完毕后将第一半五角棱镜固定好；
2.2)使用第一自准光管监测第一半五角棱镜的反射面，第一自准光管与第一半五角棱镜反射面自准直，此时读数清零，作为第一半五角棱镜的初始状态；
3)干涉仪点胶
3.1)清洁第一半五角棱镜与第二半五角棱镜的胶合面；
3.2)第一半五角棱镜与第二半五角棱镜胶合面上均匀滴胶；
3.3)研胶时用微力转动保证胶合面胶层均匀、无气泡，满足要求后清擦多余光敏胶；
4)剪切量及条纹倾斜度调整
4.1)将抹胶后的第一半五角棱镜与第二半五角棱镜放置在干涉仪胶合底座上，调整干涉仪胶合底座使得高斯目镜观察入射面自准像与平行光管焦面位置的十字丝重合，且第二自准光管与第一半五角棱镜反射面自准直，自准读数应与步骤2.2)中的读数相同；
4.2)用第二自准光管监视第二半五角棱镜的反射面，使第二自准光管与大地水平且与第二半五角棱镜反射面自准直，此时读数清零，数值记录备查；
4.3)在平行光管后方放置激光器，激光器照亮平行光管焦面处的十字分划板，无穷远的十字分划板目标经过Sagnac干涉仪后发生剪切干涉，产生干涉条纹，干涉条纹通过成像镜头以及成像相机采集到计算机中，通过计算判读软件计算出此时的剪切量大小以及条纹的倾斜度，如果剪切量未满足设计要求，则调整第二半五角棱镜相对第一半五角棱镜在剪切方向的平移实现，调整过程中通过第二自准光管监视第二半五角棱镜的反射面，保证剪切量调整过程不引起反射面的旋转或倾斜；
4.4)剪切量及倾斜度均满足设计要求后，用紫外灯烘烤30分钟进行固化；
4.5)Sagnac实体干涉仪胶合完成。
本发明的优点：
本发明一种实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统和方法，可实现实体型Sagnac干涉仪的精密装调。
附图说明
图1为分体式Sagnac干涉仪示意图；
图2为本发明实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统示意图。
其中，1-水平台；2-载物台；3-干涉仪胶合底座；4-激光器；5-十字分划板；6-平行光管；7-第一经纬仪；8-第二经纬仪；9-第一自准光管；10-第二自准光管；11-成像镜头；12-成像相机；13-第一半五角棱镜；14-第二半五角棱镜；15-计算机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图2，一种实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统，包括水平台1、载物台2、干涉仪胶合底座3、激光器4、十字分划板5、平行光管6、第一经纬仪7、第二经纬仪8、第一自准光管9、第二自准光管10、成像镜头11、成像相机12和计算机15。
载物台2、激光器4、十字分划板5、平行光管6、第一经纬仪7、第二经纬仪8、第一自准光管9、第二自准光管10、成像镜头11和成像相机12均设置在水平台1上，干涉仪胶合底座3放置在载物台2上；激光器4、平行光管6和第二经纬仪8依次设置，且三者的光轴均同心；十字分划板5位于平行光管6的焦面位置，第一经纬仪7与成像镜头11、成像相机12的光轴均同心；且第一经纬仪7的光轴与第二经纬仪8的光轴夹角为90°；第一自准光管9位于第一经纬仪7靠近平行光管6的一侧，第一自准光管9的光轴与第一经纬仪7的光轴相交，夹角为22.5°；第二自准光管10位于第二经纬仪8靠近成像镜头11一侧，第二自准光管10的光轴与第二经纬仪8的光轴相交，夹角为22.5°；成像相机12与计算机15相连。
上述载物台2为顶尖支撑小平板，其包括一个平板，平板下方设有三个高度可调的支撑腿；激光器4采用的波长为632.8nm的氦氖激光器；成像相机12采用焦距为100mm的照相镜头，一英寸的可见光CCD。
一种实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的方法，包括以下步骤：
1)装调主平面的建立
1.1)将载物台2放置在水平台1上，再将干涉仪胶合底座3放置在载物台2上，用电子水平仪对干涉仪胶合底座3进行调平，调平差小于2″；
1.2)将第一经纬仪7、第二经纬仪8调整至水平，将二者互瞄对准后各转45度角，此时第一经纬仪7的光轴与第二经纬仪8的光轴呈90度夹角，为Sagnac实体干涉仪胶合标定出一个大地水平的基准平面；
1.3)通过第二经纬仪8标定平行光管6岀射十字丝是否水平铅垂，标校后平行光管6作为基准光管，在Sagnac实体干涉仪胶合过程中，基准光管状态不得发生变化；
1.4)用第一经纬仪7标定成像相机12行像元与大地水平；用第一经纬仪7垂直扫描的方式标定相机列像元；
2)自准监测基准建立
2.1)在干涉仪胶合底座3上放置第一半五角棱镜13(Sagnac干涉仪是由两块半五角棱镜组成，分别为第一半五角棱镜与第二半五角棱镜)，在平行光管6焦面处放置高斯目镜，观察第一半五角棱镜13入射面自准像与平行光管6焦面位置十字丝是否重合，若未重合，调整第一半五角棱镜13的方位，使得第一半五角棱镜13入射面自准像与平行光管6焦面位置十字丝重合，调整完毕后将第一半五角棱镜13固定好；
2.2)使用第一自准光管9监测第一半五角棱镜13的反射面，第一自准光管9与第一半五角棱镜13反射面自准直，此时读数清零，作为第一半五角棱镜13的初始状态；
3)干涉仪点胶
3.1)清洁第一半五角棱镜13与第二半五角棱镜14的胶合面；
3.2)第一半五角棱镜13与第二半五角棱镜14胶合面上均匀滴胶；
3.3)研胶时用微力转动保证胶合面胶层均匀、无气泡，满足要求后清擦多余光敏胶；
4)剪切量及条纹倾斜度调整
4.1)将抹胶后的第一半五角棱镜13与第二半五角棱镜14放置在干涉仪胶合底座3上，调整干涉仪胶合底座3使得高斯目镜观察入射面自准像与平行光管6焦面位置的十字丝重合，且第二自准光管10与第一半五角棱镜13反射面自准直，自准读数应与步骤2.2)中的读数相同；
4.2)用第二自准光管10监视第二半五角棱镜14的反射面，使第二自准光管10与大地水平且与第二半五角棱镜14反射面自准直，此时读数清零，数值记录备查；
4.3)在平行光管6后方放置激光器4，激光器4照亮平行光管6焦面处的十字分划板，无穷远的十字分划板目标经过Sagnac干涉仪后发生剪切干涉，产生干涉条纹，干涉条纹通过成像镜头11以及成像相机12采集到计算机15中，通过计算判读软件计算出此时的剪切量大小以及条纹的倾斜度，如果剪切量未满足设计要求，则调整第二半五角棱镜14相对第一半五角棱镜13在剪切方向的平移实现，调整过程中通过第二自准光管10监视第二半五角棱镜14的反射面，保证剪切量调整过程不引起反射面的旋转或倾斜；
4.4)剪切量及倾斜度均满足设计要求后，用紫外灯烘烤30分钟进行固化；
4.5)Sagnac实体干涉仪胶合完成。

Claims (2)

1.一种实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统，其特征在于：包括水平台(1)、载物台(2)、干涉仪胶合底座(3)、激光器(4)、十字分划板(5)、平行光管(6)、第一经纬仪(7)、第二经纬仪(8)、第一自准光管(9)、第二自准光管(10)、成像镜头(11)、成像相机(12)、计算机(15)；
载物台(2)、激光器(4)、十字分划板(5)、平行光管(6)、第一经纬仪(7)、第二经纬仪(8)、第一自准光管(9)、第二自准光管(10)、成像镜头(11)和成像相机(12)均设置在水平台(1)上，干涉仪胶合底座(3)放置在载物台(2)上；激光器(4)、平行光管(6)和第二经纬仪(8)依次设置，且三者的光轴均同心；十字分划板(5)位于平行光管(6)的焦面位置，第一经纬仪(7)与成像镜头(11)、成像相机(12)的光轴均同心；第一经纬仪(7)的光轴与第二经纬仪(8)的光轴夹角为90°；
第一自准光管(9)位于第一经纬仪(7)靠近平行光管(6)的一侧，第一自准光管(9)的光轴与第一经纬仪(7)的光轴相交，夹角为22.5°；
第二自准光管(10)位于第二经纬仪(8)靠近成像镜头(11)一侧，第二自准光管(10)的光轴与第二经纬仪(8)的光轴相交，夹角为22.5°；
成像相机(12)与计算机(15)相连。
2.一种实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的方法，基于权利要求1所述的实现Sagnac实体干涉仪高精度胶合的系统，其特征在于，包括以下步骤：
1)装调主平面的建立
1.1)将载物台(2)放置在水平台(1)上，再将干涉仪胶合底座(3)放置在载物台(2)上，用电子水平仪对干涉仪胶合底座(3)进行调平，调平差小于2″；
1.2)将第一经纬仪(7)、第二经纬仪(8)调整至水平，将二者互瞄对准后各转45度角，此时第一经纬仪(7)的光轴与第二经纬仪(8)的光轴呈90度夹角，为Sagnac实体干涉仪胶合标定出一个大地水平的基准平面；
1.3)通过第二经纬仪(8)标定平行光管(6)岀射十字分划板(5)是否水平铅垂，标校后平行光管(6)作为基准光管，在Sagnac实体干涉仪胶合过程中，基准光管状态不得发生变化；1.4)用第一经纬仪(7)标定成像相机(12)行像元与大地水平；用第一经纬仪(7)垂直扫描的方式标定相机列像元；
2)自准监测基准建立
2.1)在干涉仪胶合底座(3)上放置第一半五角棱镜(13)，在平行光管(6)焦面处放置高斯目镜，观察第一半五角棱镜(13)入射面自准像与平行光管(6)焦面位置十字分划板(5)是否重合，若未重合，调整第一半五角棱镜(13)的方位，使得第一半五角棱镜(13)入射面自准像与平行光管(6)焦面位置十字分划板(5)重合，调整完毕后将第一半五角棱镜(13)固定好；
2.2)使用第一自准光管(9)监测第一半五角棱镜(13)的反射面，第一自准光管(9)与第一半五角棱镜(13)反射面自准直，此时读数清零，作为第一半五角棱镜(13)的初始状态；
3)干涉仪点胶
3.1)清洁第一半五角棱镜(13)与第二半五角棱镜(14)的胶合面；
3.2)第一半五角棱镜(13)与第二半五角棱镜(14)胶合面上均匀滴胶；
3.3)研胶时用微力转动保证胶合面胶层均匀、无气泡，满足要求后清擦多余光敏胶；4)剪切量及条纹倾斜度调整
4.1)将抹胶后的第一半五角棱镜(13)与第二半五角棱镜(14)放置在干涉仪胶合底座(3)上，调整干涉仪胶合底座(3)使得高斯目镜观察入射面自准像与平行光管(6)焦面位置的十字分划板(5)重合，且第二自准光管(10)与第一半五角棱镜(13)反射面自准直，自准读数应与步骤2.2)中的读数相同；
4.2)用第二自准光管(10)监视第二半五角棱镜(14)的反射面，使第二自准光管(10)与大地水平且与第二半五角棱镜(14)反射面自准直，此时读数清零，数值记录备查；
4.3)在平行光管(6)后方放置激光器(4)，激光器(4)照亮平行光管(6)焦面处的十字分划板(5)，无穷远的十字分划板目标经过Sagnac干涉仪后发生剪切干涉，产生干涉条纹，干涉条纹通过成像镜头(11)以及成像相机(12)采集到计算机(15)中，计算机(15)计算出此时的剪切量大小以及条纹的倾斜度，如果剪切量未满足设计要求，则调整第二半五角棱镜(14)相对第一半五角棱镜(13)在剪切方向的平移实现，调整过程中通过第二自准光管(10)监视第二半五角棱镜(14)的反射面，保证剪切量调整过程不引起反射面的旋转或倾斜；
4.4)剪切量及倾斜度均满足设计要求后，用紫外灯烘烤30分钟进行固化；
4.5)Sagnac实体干涉仪胶合完成。
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