CN109297594A - 红外光源与光谱调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红外光源光谱调控方法,包含以下步骤:步骤S1:将混合波长红外光线准直为平行光;步骤S2:通过衍射处理,使得混合波长红外光线形成多束单波长红外光线,不同波长的单波长红外光线沿不同方向出射;步骤S3:将单波长红外光线进行汇聚,相同波长的单波长红外光线汇聚在同一位置,不同波长的单波长红外光线的汇聚位置各不相同;步骤S4:对汇聚后的单波长红外光线进行选通,获得所需波长的单波长红外光线组成的目标光束。本发明还提供了一种红外光源。本发明采用闪耀光栅进行分光,分光后由微镜阵列对不同波长的光束进行选通,进而实现了对红外光源出射光谱的控制。
Description
技术领域
本发明涉及半实物仿真、光电检测、光谱分析领域,具体地,涉及一种红外光源与光谱调控方法,特别是一种光谱可控的红外光源及光谱控制方法。
背景技术
在光学精确制导领域,为了提高制导系统对复杂战场环境的适应性,新型制导技术得到快速发展,如红外多谱段探测制导技术和红外多光谱/高光谱探测制导技术等。新型制导技术通过获取目标和干扰的光谱信息,能够有效提升对目标的探测、识别和跟踪能力,能够大幅提高制导系统的抗干扰能力。为了验证制导系统性能需要针对制导系统开展半实物仿真试验,在半实物仿真试验中要模拟制导系统所接收到的红外物理场景,必须使场景中的红外光谱分布与真实环境一致,为此需要一种光谱可控的红外光源,用于产生不同光谱分布的红外物理场景。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种红外光源与光谱调控方法。
根据本发明提供的红外光源光谱调控方法,包含以下步骤:
步骤S1:将混合波长红外光线准直为平行光束;
步骤S2:通过衍射处理,使得混合波长红外光线形成多束单波长红外光线,不同波长的单波长红外光线沿不同方向出射;
步骤S3:将单波长红外光线进行汇聚,相同波长的单波长红外光线汇聚在同一位置,不同波长的单波长红外光线的汇聚位置各不相同;
步骤S4:对汇聚后的单波长红外光线进行选通,获得所需波长的单波长红外光线组成的目标光束。
优选地,还包含步骤S5:对所述目标光束进行匀光;
步骤S5中,通过匀光器对目标光束进行匀光,所述匀光器包含表面镀金属反射膜的匀光棒。
优选地,步骤S1中,所述混合波长红外光线由黑体发出,使用准直凹面反射镜将多束混合波长红外光线准直为平行光束;
步骤S2中,使用闪耀光栅对混合波长红外光线进行衍射处理;
步骤S3中:使用成像凹面反射镜将单波长红外光线进行汇聚;
步骤S4中,使用微镜阵列对汇聚后的单波长红外光线进行选通。
本发明还提供了一种红外光源,包含黑体、准直凹面反射镜、闪耀光栅、成像凹面反射镜以及微镜阵列;
黑体发出的红外光线在传播路径上依次经过准直凹面反射镜、闪耀光栅、成像凹面反射镜、微镜阵列。
优选地,黑体与准直凹面反射镜之间还设置有光栏。
优选地,还包含匀光器,红外光线在传播路径上经过微镜阵列后到达匀光器中;
所述匀光器包含表面镀金属反射膜的匀光棒。
优选地,黑体高度h与微镜阵列工作区域的宽度a相等;
高温黑体宽度l与微镜阵列工作区域的长度b满足以下比例关系:
式中:f1为准直凹面反射镜的焦距,f2为成像凹面反射镜的焦距。
优选地,闪耀光栅宽度L满足:
L≥D·cos(θ)
式中:D为到闪耀光栅上的入射光束的直径,θ为到闪耀光栅上的入射光束的入射角。
优选地,所述微镜阵列包含二维微镜阵列,所述二维微镜阵列中,单个微镜连接有偏转角度控制结构;或者所述微镜阵列包含一维微镜阵列,所述一维微镜阵列中,单个微镜偏转方向固定。
优选的,闪耀光栅受衍射效率限制,包含有短波闪耀光栅、中波闪耀光栅和长波闪耀光栅。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明采用闪耀光栅进行分光,分光后由微镜阵列对不同波长的光束进行选通,进而实现了对红外光源出射光谱的控制;
2、本发明结构简单,易于实现,通过匀光器等结构的设置,能够得到均匀的红外光源的发光面;
3、二维微镜阵列中,可通过电子方法控制微反射镜的偏转角度,从而控制入射光线的反射方向,操作简单;
4、对于一维微镜阵列,可通过更换不同结构布局的微镜阵列,实现不同光谱分布红外光源的快速获取;
5、对于闪耀光栅,也可以通过不同工作波段的光栅的更换,实现不同工作波段的红外光源的快速获取。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明提供的红外光源整体结构及工作原理示意图;
图2为二维微镜阵列结构及工作原理示意图;
图3为一维微镜阵列结构及工作原理示意图;
图4为黑体与微镜阵列尺寸关系示意图。
图中示出:
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示,本发明提供的红外光源,包含黑体1、准直凹面反射镜3、闪耀光栅4、成像凹面反射镜5以及微镜阵列6;黑体1发出的红外光线在传播路径上依次经过准直凹面反射镜3、闪耀光栅4、成像凹面反射镜5、微镜阵列6。优选地,黑体1与准直凹面反射镜3之间还设置有光栏2。优选地,红外光源还包含匀光器7,红外光线在传播路径上经过微镜阵列6后到达匀光器7中;所述匀光器7包含表面镀金属反射膜的匀光棒。
如图4所示,实施例中,黑体1高度h与微镜阵列6工作区域的宽度a相等;
高温黑体1宽度l与微镜阵列6工作区域的长度b满足以下比例关系:
式中:f1为准直凹面反射镜3的焦距,f2为成像凹面反射镜5的焦距。闪耀光栅4宽度L满足:
L≥D·cos(θ)
式中:D为到闪耀光栅4上的入射光束的直径,θ为到闪耀光栅4上的入射光束的入射角。
如图2所示,所述微镜阵列6包含二维微镜阵列61,所述二维微镜阵列61中,单个微镜连接有偏转角度控制结构。或者,如图1所示,所述微镜阵列6包含一维微镜阵列62,所述一维微镜阵列62中,单个微镜偏转方向固定。优选地,对于一维微镜阵列,可通过改变微镜的排列布局实现不同光谱分布的控制。优选的,闪耀光栅4受衍射效率限制,在数量上配设有多个,多个所述闪耀光栅4中包含有短波闪耀光栅、中波闪耀光栅和长波闪耀光栅。
本发明还提供了一种红外光源光谱调控方法,包含以下步骤:步骤S1:将混合波长红外光线准直为平行光;步骤S2:通过衍射处理,使得混合波长红外光线形成多束单波长红外光线,不同波长的单波长红外光线沿不同方向出射;优选地,相同波长的单波长红外光线平行射出;步骤S3:将单波长红外光线进行汇聚,相同波长的单波长红外光线汇聚在同一位置,不同波长的单波长红外光线的汇聚位置各不相同;步骤S4:对汇聚后的单波长红外光线进行选通,获得所需波长或波长范围的单波长红外光线组成的目标光束。红外光源光谱调控方法还包含步骤S5:对所述目标光束进行匀光;步骤S5中,通过匀光器7对目标光束进行匀光,所述匀光器7包含表面镀金属反射膜的匀光棒。
优选地,步骤S1中,所述混合波长红外光线由黑体1发出,使用准直凹面反射镜3将多束混合波长红外光线准直为平行光束;步骤S2中,使用闪耀光栅4对混合波长红外光线进行衍射处理;步骤S3中:使用成像凹面反射镜5将单波长红外光线进行汇聚;步骤S4中,使用微镜阵列6对汇聚后的单波长红外光线进行选通。
优选实施方式:
高温黑体1输出全谱段的红外辐射,光谱分布复合普朗克定律。黑体1输出光波经过准直凹面反射镜3后变换为平行光束。平行光束经闪耀光栅4反射后由成像凹面反射镜5成像至微镜阵列6。光束经过微镜阵列6反射并对不同光谱的光束进行选通后由匀光器7接收。匀光器7将不同谱段的光束匀化处理,形成可供后续使用的红外光源的发光面。
闪耀光栅4采用反射式结构,平行光束入射至闪耀光栅4发生衍射效应。根据闪耀光栅4工作原理,经过闪耀光栅4反射后,不同波长光束1级衍射光的出射角度不同。如图1所示,λ1对应的衍射角为λ2对应的衍射角为由于出射角度不同,不同波长的光束经过成像凹面反射镜5成像后在微镜阵列6上的成像位置不同。由于衍射光栅具有色散均匀性,经衍射光栅反射的光束出射角与波长成线性关系,在微镜阵列6上的成像位置与波长之间为固定关系。
由于闪耀光栅4在不同波长的衍射效率不一样,因此对于不同波长(短波红外:1~3μm、中波红外:3~5μm和长波红外:8~12μm)的光束需要选择不同参数的闪耀光栅4。光栅参数设计如下表所示。
微镜阵列6采用半导体加工技术制作而成,其硅基面上制备精密的二维金属微反射镜阵列,采用电子方法控制微反射镜的偏转角度,从而控制入射光线的反射方向。通过设计入射光束和出射光束方向,控制不同位置的微反射镜偏转方向,可实现不同波长的光束的选通。对于光谱控制精度要求不高的场合,可选用镀有金属反射膜的条形棱镜,将其按照一定分布固定在基板上,形成一维微反射镜阵列。对于固定入射方向的光束具有选通功能。通过调整条形棱镜的布局可以实现不同波长光束的选通。二维微镜阵列61每个微镜的偏转方向可实时控制,可在光源工作时对光谱进行实时控制。一维微镜阵列62每个微镜的分布和偏转方向固定,因此在光源工作时光谱分布固定不变,但是可以通过更换具有不同结构分布微镜阵列6的达到控制光谱的目的。微镜阵列6如图2、图3所示。实际应用中,可选用基于MEMS工艺制作的微反射镜阵列,采用这种器件可在光源工作时实时控制出射光束的光谱分布。也可以选用常规光学元件拼接制作而成的一维反射镜阵列,该器件将镀有金属反射膜的条形棱镜按照一定分布固定在基板上,从而具有对固定入射方向的光束具有选通的功能。
匀光器7采用表面镀金属反射膜的匀光棒,光束入射匀光器7后经过多次反射从而实现匀光。准直凹面反射镜3和成像凹面反射镜5的焦距根据高温黑体1发热面和微镜阵列6工作区域而设计。高温黑体1发热面和微镜阵列6工作区域如图4所示。高温黑体1高度h与微镜阵列6工作区域的宽度a相同,即h=a。高温黑体1宽度l与微镜阵列6工作区域的长度b成比例关系,存在:
f1为准直凹面反射镜3的焦距,f2为成像凹面反射镜5的焦距。
闪耀光栅4宽度L大于入射光束直径D的余弦值,光束入射衍射光栅的入射角为θ,即L≥D·cos(θ)。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种红外光源光谱调控方法,其特征在于,包含以下步骤:
步骤S1:将混合波长红外光线准直为平行光;
步骤S2:通过衍射处理,使得混合波长红外光线形成多束单波长红外光线,不同波长的单波长红外光线沿不同方向出射;
步骤S3:将单波长红外光线进行汇聚,相同波长的单波长红外光线汇聚在同一位置,不同波长的单波长红外光线的汇聚位置各不相同;
步骤S4:对汇聚后的单波长红外光线进行选通,获得所需波长的单波长红外光线组成的目标光束。
2.根据权利要求1所述的红外光源光谱调控方法,其特征在于,还包含步骤S5:对所述目标光束进行匀光;
步骤S5中,通过匀光器(7)对目标光束进行匀光,所述匀光器(7)包含表面镀金属反射膜的匀光棒。
3.根据权利要求1所述的红外光源光谱调控方法,其特征在于,步骤S1中,所述混合波长红外光线由黑体(1)发出,使用准直凹面反射镜(3)将多束混合波长红外光线准直为平行光束;
步骤S2中,使用闪耀光栅(4)对混合波长红外光线进行衍射处理;
步骤S3中:使用成像凹面反射镜(5)将单波长红外光线进行汇聚;
步骤S4中,使用微镜阵列(6)对汇聚后的单波长红外光线进行选通。
4.一种红外光源,其特征在于,包含黑体(1)、准直凹面反射镜(3)、闪耀光栅(4)、成像凹面反射镜(5)以及微镜阵列(6);
黑体(1)发出的红外光线在传播路径上依次经过准直凹面反射镜(3)、闪耀光栅(4)、成像凹面反射镜(5)、微镜阵列(6)。
5.根据权利要求4所述的红外光源,其特征在于,黑体(1)与准直凹面反射镜(3)之间还设置有光栏(2)。
6.根据权利要求5所述的红外光源,其特征在于,还包含匀光器(7),红外光线在传播路径上经过微镜阵列(6)后到达匀光器(7)中;
所述匀光器(7)包含表面镀金属反射膜的匀光棒。
7.根据权利要求4所述的红外光源,其特征在于,黑体(1)高度h与微镜阵列(6)工作区域的宽度a相等;
高温黑体(1)宽度l与微镜阵列(6)工作区域的长度b满足以下比例关系:
式中:f1为准直凹面反射镜(3)的焦距,f2为成像凹面反射镜(5)的焦距。
8.根据权利要求4所述的红外光源,其特征在于,闪耀光栅(4)宽度L满足:
L≥D·cos(θ)
式中:D为到闪耀光栅(4)上的入射光束的直径,θ为到闪耀光栅(4)上的入射光束的入射角。
9.根据权利要求4所述的红外光源,其特征在于,所述微镜阵列(6)包含二维微镜阵列(61),所述二维微镜阵列(61)中,单个微镜连接有偏转角度控制结构;或者所述微镜阵列(6)包含一维微镜阵列(62),所述一维微镜阵列(62)中,单个微镜偏转方向固定。
10.根据权利要求4所述的红外光源,其特征在于,多个闪耀光栅(4)中包含有短波闪耀光栅、中波闪耀光栅以及长波闪耀光栅。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190201 |
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