CN112180393A - 一种双波长fwmi光谱鉴频器及其装调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双波长FWMI光谱鉴频器及其装调方法，包括激光发射系统、双波长FWMI主体和光电探测系统，使在单个FWMI光谱鉴频器上实现两个波段的高分辨率鉴频效果成为可能，为HSRL技术小型化、简单化提供了新方向和新思路，特别是有利于推进多波长HSRL系统的普及和应用，进而可以充分发挥HSRL技术在遥感探测上的高信噪比、远探测距离、高反演精度等优势，为后续反演微物理特性等高阶参数创造有利条件，为进一步气候变化研究和环境污染监测提供了更为便利的系统硬件支撑。
Description
技术领域
本发明属于激光雷达技术领域，尤其是涉及一种双波长FWMI光谱鉴频器及其装调方法。
背景技术
高光谱分辨率激光雷达(HSRL)是实现大气气溶胶精确探测的有效方法之一，而光谱鉴频器又是HSRL系统中的核心器件，光谱鉴频器的鉴频性能直接决定了HSRL关键光学参数的反演精度。
视场展宽迈克尔孙干涉仪(FWMI)光谱鉴频器是一类特殊的迈克尔孙干涉仪(MI)，它是通过特殊设计干涉仪中干涉臂的材料以及长度，实现折射率补偿。折射率补偿设计使该干涉仪的光程差(OPD)随入射光角度的变化非常缓慢，也就实现了FWMI的视场展宽特性。通常FWMI经过精心的光学配置，可以实现数度的可接受视场角。因为FWMI的该特性，将它用作HSRL的光谱鉴频器是非常合适的。FWMI能够极大的提高进入系统的光通量，拥有更高的光学效率，从而保证较高的探测信号信噪比。FWMI的视场展宽特性有助于提升鉴频器的鉴频性能，有助于提升HSRL光学参数反演的精度。
在现有的激光雷达反演光学参数理论体系中，多波长激光雷达系统是大趋势和发展方向。多波长HSRL能够从多个维度上获取大气气溶胶的垂直廓线信息，进而可以实现对于气溶胶粒子形状、粒径分布、复折射率、混合状态等复杂微物理特性的反演，而这些更高层次的气溶胶信息的获取对于气候研究以及环境保护领域至关重要。但在目前的HSRL光谱鉴频器设计过程中，通常只是对于某一特定波长设计对应的鉴频器。因此，现阶段搭建多波长HSRL系统，往往只是匹配探测波长对应的光谱鉴频器，重复性地增加HSRL接收通道。这种简单粗暴增加通道的方式，尽管能实现多波长HSRL系统的探测功能，但是无疑大大增加了接收系统硬件设计成本、系统体积和系统复杂程度。
如何能够在有限的设计空间内，尽可能减小多波长HSRL接收系统体积和成本，简化系统光路配置，将是推动多波长HSRL系统小型化、简单化发展，进而得到广泛应用的重要因素。
发明内容
本发明的目的是克服目前多波长HSRL接收系统体积庞大，光路复杂，成本较高等问题，通过特殊设计在单个光谱鉴频器中实现两个波长的光谱鉴频效果，提出了一种双波长FWMI光谱鉴频器及其装调方法。
一种双波长FWMI光谱鉴频器，包括激光发射系统、双波长FWMI主体和光电探测系统；
所述的激光发射系统包括沿光路顺次布置的双波长激光器、楔形镜、第一消色差透镜、衍射板、孔径光阑和第二消色差透镜，其中，所述楔形镜的数量至少为一个；所述双波长激光器发射的高功率激光首先通过至少一个楔形镜衰减后经过第一消色差透镜汇聚，汇聚后的光束经过衍射板做进一步的激光能量衰减，再经过孔径光阑和第二消色差透镜后产生恰当发散角且具有合适功率的激光扩束光束，并使其进入双波长FWMI主体；
所述的双波长FWMI主体包括带气压控制系统的密封腔以及设置在密封腔内的FWMI立方分光棱镜、第一玻璃臂、第二玻璃臂和FWMI高反镜，所述的FWMI高反镜连接在由微位移控制系统控制的微位移器上，第二玻璃臂和FWMI高反镜之间的空气间隙为空气臂；进入双波长FWMI主体的双波长信号光首先在FWMI立方分光棱镜处分成两束；其中反射光束通过第二玻璃臂和空气臂，被FWMI高反镜反射回来后再透过FWMI立方分光棱镜，并射出双波长FWMI主体；透射光束通过第一玻璃臂后再反射回FWMI立方分光棱镜，并被FWMI立方分光棱镜反射出FWMI主体；从双波长FWMI主体出射的干涉光束入射至光电探测系统；
所述的光电探测系统包括二向色镜、第一视场光阑、第一消球差透镜、第一探测器CCD、第二视场光阑、第二消球差透镜和第二探测器CCD；双波长FWMI中出射的干涉光束首先经过二向色镜将两个波长的光进行分离，分离后的干涉光束分别穿过第一视场光阑和第二视场光阑，两个干涉图再分别被对应的第一消球差透镜和第二消球差透镜成像到对应的探测器CCD上。
本发明巧妙地利用干涉鉴频器波长可调谐特点，进行特定的双波长视场展宽设计，配合双参数调谐方法，能够有效利用单个FWMI光谱鉴频器同时在两个波段达到较好的光谱分离效果，为双波长HSRL系统设计提供了全新的思路，有利于减小双波长HSRL的接收系统体积和光路复杂程度，进一步推动干涉鉴频器在HSRL技术中的应用。
所述的双波长FWMI主体中，第一玻璃臂、第二玻璃臂和空气臂长度分别为d1，d2和d3，对应的折射率则分别为n1，n2和n3，满足FWMI双波长视场展宽条件以及FSR条件，具体表达式如下：
OPD＝2[n1d1-n2d2-n3d3]＝c/FSR (1)
式中，c为光速，FSR为干涉鉴频器的自由光谱范围，OPD为双波长FWMI的第一玻璃臂与混合臂(第二玻璃臂和空气臂)的光程差，λ1，λ2分别表示两个目标探测波长，θt为双波长FWMI设计时引入的倾斜入射角，通常为一较小角度值，用于进一步增大视场接收角。
双波长FWMI的干涉臂长度由上述三个方程确立，严格按照三个等式所解出来的FWMI能够在两个目标波长拥有数度的视场接收角。
为进一步确保双波长FWMI光谱鉴频器的设计一体性，立方分光棱镜同两个玻璃臂主要通过光胶胶和方式实现连接。
所述激光发射系统、双波长FWMI主体和光电探测系统中，在各通光面及反射面镀有对应的双波长增透膜及高反膜。
所述孔径光阑的直径d与第二消色差透镜的焦距f配合，产生恰当发散角θ且具有合适功率的激光扩束光束，具体满足下式：
所述光电探测系统的第一探测CCD和第二探测CCD在采集穿过视场光阑的光束的干涉图时，需要使用其同步触发模式，使图像采集过程和激光器的脉冲发射过程完全同步。
本发明还提供了一种双波长FWMI光谱鉴频器的装调方法，包括以下步骤：
(1)调节激光发射系统中孔径光阑和光电探测系统中第一视场光阑、第二视场光阑的大小，使入射进对应探测CCD的球面波呈现大于1度的发散角。
(2)放置双波长FWMI高反镜，使其位置与第二玻璃臂的距离大于计算所得空气臂的长度d3。
(3)将FWMI高反镜逐步向第二玻璃臂推进，当FWMI高反镜近似达到了最优位置时，停止推进并固定锁紧FWMI高反镜，随后将密封腔进行密封处理。
FWMI高反镜近似达到了最优位置的判断过程如下：
随着FWMI高反镜向最优位置的不断逼近，探测CCD所探测到的干涉图上条纹变得越来越少，直至出现视觉上最少干涉环，此时说明FWMI高反镜近似达到了最优位置，停止推进。
(4)利用微位移系统以较小的步长间隔进行扫描，获得两个通道干涉图光强随位移的变化曲线，并分别统计得到各自通道最低光强。
步骤(4)中，在利用微位移系统进行扫描时，控制微位移系统进行多次往返扫描，对于结果进行多次平均后获得两个通道的最低光强。
(5)微位移系统配合气压控制系统同步进行双参数调谐；具体过程为：根据步骤(4)的扫描结果，判断能否在当前气压条件下，只依赖微位移调谐使两个目标波长均能通过双波长FWMI达到最佳暗条纹位置；若不能，则对于气压控制系统同样采取固定步长改变，每当气压变化一个步长，按照步骤(4)中的方法调节微位移系统进行扫描，观察并记录两个通道的光强最低值。
(6)若在某个确定的气压条件下，完成微位移器扫描结束后，两个通道同时达到干涉光强最低点，且各通道的最低光强不大于步骤(4)中的所得到的最低光强，则直接将微位移器移动至该点即为最优装调位置，若最低光强点尚未同步或最低光强数值存在明显偏大情况，则证明尚未调整至最优位置，则重复步骤(4)～(5)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出了一种双波长FWMI光谱鉴频器和装调方法，利用双波长视场展宽条件和干涉仪FSR条件，确定双波长FWMI光谱鉴频器结构及具体尺寸，配合双参数调谐方法能够在单个光谱鉴频器内，同时实现任意两个目标波长上出色的鉴频效果；本发明采用激光光源作为调整和测试光源，以保证所用实验光谱同FWMI实际工作光谱的一致性，搭配光路简单但又实用的能量衰减系统实现入射光能量的控制，采用同步触发的信号接收方式得以避免散射光对于探测CCD的影响；采用消色差透镜能够有效利用单个光路实现两个波段的扩束和聚焦等功能，避免增加光路复杂性，同时产生的球面汇聚波用来装调双波长FWMI，避免了转动双波长FWMI系统评估视场展宽性能的过程；采用双参数调谐方式，解决气压以及空气臂长单参数对于双波长谐振条件产生的耦合问题；利用CCD上可以直接读取的强度信息作为调谐标准，能够实现简单、快速、实时的装调；双参数调谐和测试迭代进行，不断让双波长FWMI的性能达到最优化。
2、本发明使得在单个FWMI光谱鉴频器上实现两个波段的高分辨率鉴频效果成为可能，为HSRL技术小型化、简单化提供了新方向和新思路，特别是有利于推进多波长HSRL系统的普及和应用，进而可以充分发挥HSRL技术在遥感探测上的高信噪比、远探测距离、高反演精度等优势，为后续反演微物理特性等高阶参数创造有利条件，为进一步气候变化研究和环境保护监测提供了更为便利的系统硬件支撑。
附图说明
图1为本发明一种双波长FWMI光谱鉴频器的结构示意图；
图2为本发明装调方法的流程图；
图3为本实施例中双波长FWMI视场展宽性能图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，一种双波长FWMI光谱鉴频器，包括双波长激光器1、第一楔形镜2、第二楔形镜3、第三楔形镜4、第一消色差透镜5、衍射板6、孔径光阑7、第二消色差透镜8、FWMI立方分光棱镜9、第一玻璃臂10、第二玻璃臂11、FWMI高反镜12、微位移器13、FWMI气压控制通道14、密封腔15、二向色镜16、第一视场光阑17、第一消球差透镜18、第一探测CCD 19、第二视场光阑20、第二消球差透镜21、第二探测CCD22。
将双波长HSRL系统的发射激光器用作本装置的参考光源。双波长激光器1发射出来的高功率激光首先通过第一楔形镜2、第二楔形镜3和第三楔形镜4发生连续反射，每次反射约5％的能量会被反射，经过多次反射后，激光出射能量已经得到极大的衰减。衰减后的激光光束随后经第一消色差透镜5汇聚后通过衍射板6，做进一步的激光能量衰减。孔径光阑7和第二消色差透镜8组合，对于衍射板6后的光斑进行进一步的选择，产生恰当发散角且具有合适功率的激光扩束光束，并使其进入双波长FWMI主体。
第一楔形镜2、第二楔形镜3和第三楔形镜4的楔角必须足够大(大于10度)，这样可以避免楔形镜后表面反射光和前表面反射光的干涉现象，保证激光光斑的质量。在实际实验时，可根据激光出射能量适当的增减楔形镜的数量。
第二消色差透镜的焦距f与孔径光阑的直径d需满足产生相应发散角θ条件，通常发散角不小于1°，具体表达式为：
激光经第二消色差透镜8之后以汇聚球面波射入双波长FWMI主体。双波长FWMI主体包括FWMI立方分光棱镜9、第一玻璃臂10、第二玻璃臂11、FWMI高反镜12。其中，第二玻璃臂11和FWMI高反镜12之间的空气间隙即为空气臂，FWMI高反镜12连接在微位移器13上使空气臂长度能做精密的调整，而整个干涉仪又安装在密封腔15内，可通过FWMI气压控制通道14进行精密的气压调节，从而兼具微位移和气压双参数高精度调谐功能。
进入FWMI主体的双波长信号光首先在FWMI立方分光棱镜9处分成两束；其中反射光束通过第二玻璃臂11和空气臂，被FWMI高反镜12反射回来后再透过FWMI立方分光棱镜9，并射出双波长FWMI主体；而透射光束通过第一玻璃臂10后再反射回FWMI立方分光棱镜9，并被FWMI立方分光棱镜9反射出FWMI主体；从双波长FWMI主体出射的光束形成干涉图后，入射至光电探测系统。
双波长FWMI主体中各个干涉臂长度需要满足FWMI双波长视场展宽条件以及FSR条件，具体第一玻璃臂d1，第二玻璃臂d2和空气臂d3的长度参数表达式可由下面三式解出：
OPD＝2[n1d1-n2d2-n3d3]＝c/FSR
所述双波长FWMI在各通光面及反射面镀有对应的双波长增透及高反膜，以确保干涉仪系统的光学效率。
光电探测系统包括二向色镜16、第一视场光阑17、第一消球差透镜18、第一探测器CCD 19、第二视场光阑20、第二消球差透镜21和第二探测器CCD 22。双波长FWMI中出射的干涉光束首先经过二向色镜16将两个波长的光进行分离，分离后的干涉光束分别穿过各自的第一视场光阑17和第二视场光阑20，两个干涉图再分别被各自的第一消球差透镜18、第二消球差透镜21成像到对应的探测器第一探测器CCD 19、第二探测器CCD 22上。
本发明中，微位移控制系统主要包括微位移器、微位移控制电路和计算机(PC)；微位移器13与FWMI高反镜12连接，而微位移器13由位移控制电路进行驱动与控制，PC运行相应的上位机程序，最终实现对于FWMI高反镜位置的高精度控制。
气压控制系统主要包括气压执行元件、气压控制元件和PC；双波长FWMI主体安装在密封腔15内，PC利用上位机软件控制气压控制元件，气压控制元件根据上位机指令驱动气压执行元件，通过FWMI气压控制通道14实现密封腔15内气压的精确控制。
双波长FWMI主体配合微位移控制系统和气压控制系统，组成了双波长FWMI鉴频器装调系统的核心部分。尽管双波长FWMI在设计过程中已经实现了双波长的视场展宽效果，但是只有配合双参数调谐才能同时在两个波段上实现光谱鉴频器出色的鉴频效果。
如图2示，一种双波长FWMI光谱鉴频器的装调方法，包括如下步骤：
步骤1，调节激光发射系统中孔径光阑7和光电探测系统中第一视场光阑17和第二视场光阑20的大小，使入射进第一探测CCD 19和第二探测22的球面波呈现一定的发散角。
发散角通常大于1度，发散角的具体大小选择与双波长FWMI设计的最大视场接收角相关。
步骤2，放置双波长的FWMI高反镜12，使其位置与第二玻璃臂11的距离大于理论设计d3。
步骤3，将FWMI高反镜12逐步向第二玻璃臂11推进，当FWMI高反镜11近似达到了最优位置时，停止推进并固定锁紧高反镜11，随后将密封腔15进行密封处理。
步骤3中，在推进过程中，在第一探测CCD 19和第二探测CCD22中均能看到较为明显的环形干涉条纹变化。因为两个通道视场展宽最优设计位置是相同的，因此干涉条纹的变化具有一致性。考虑到短波的波长灵敏性，因此以短波通道的干涉图作为参考为宜。随着FWMI高反镜12向最优位置的不断逼近，第一探测CCD 19所探测到的干涉图上条纹变得越来越少，直至出现视觉上最少干涉环，此时说明FWMI高反镜12近似达到了最优位置，停止推进。需要说明的是，因为材料以及空气色散现象的存在，因而当一个通道到达最少干涉条纹环位置时，通常另一个通道并非处于暗条纹位置，这也解释了双波长FWMI需要双参数调谐的原因。
步骤4，利用微位移器13以较小的步长间隔进行扫描，获得两个通道干涉图光强随位移的变化曲线，并分别统计得到各自通道最低光强。
为减小统计误差，此步骤还可控制微位移器13进行多次往返扫描，对于结果进行多次平均后获得两个通道更有代表性的最低光强。此时有极大概率无法使λ1和λ2通道同时达到光强最低点，且此步骤目的并非调谐，而是扫描获得干涉光强信息。
步骤5，微位移系统配合气压控制系统同步进行双参数调谐。
步骤5可以根据步骤4的扫描结果，判断能否在当前气压条件下，只依赖微位移调谐使两个目标波长均能通过双波长FWMI达到最佳暗条纹位置。若不能，则对于气压控制系统同样采取固定步长改变，每当气压变化一个步长，按照步骤4中的方法调节微位移器13进行往返扫描，观察并记录两个通道的光强最低值。
步骤6，若在某个确定的气压条件下，完成微位移器扫描结束后，λ1和λ2通道同时达到干涉光强最低点，且各通道的最低光强不大于步骤4中的所得到的最低光强，则直接将微位移器13移动至该点即为最优装调位置，若最低光强点尚未同步或最低光强数值存在明显偏大情况，则证明尚未调整至最优位置，则重复步骤4-5。
本发明提出了双波长FWMI光谱鉴频器，并给出了具体装调方法。双波长FWMI光谱鉴频器由于设计时考虑了干涉仪在两个目标波长的视场展宽效果，配合本发明中详细阐述的双参数调谐方式，能在单个光谱鉴频器上实现两个波段高光谱分辨率的鉴频功能。本发明利用迭代调整和逐步逼近的方式对于双波长FWMI进行双参数最优化调谐，能够确保光谱鉴频器在两个波长上的性能表现，为减小HSRL的系统设计体积和光路复杂程度，特别是推动多波长HSRL系统发展提供了新思路和新方法。
在目前已经报道的HSRL系统中，最常用的探测波长为355nm和532nm，因此本发明实施例同样基于这两个波长给出具体设计及装调方案。
图1中，双波长激光器1和待测FWMI所在的HSRL所用的激光发射器相同，产生355nm和532nm单纵模激光光束，一般该激光器激光出射能量较高，因此需要后续光强衰减步骤做入射前的预处理。第一楔形镜2、第二楔形镜3和第三楔形镜4均为由非镀膜的K9玻璃材料加工而成，其反射率约在5％左右，楔角为12度25分，口径为25.4mm，具体楔形镜数量可以随着激光能量功率做适当增减。第一消色差透镜5为普通近紫外波段的消色差透镜即可，如西格玛光机公司生产的UDL-30-50P，透镜焦距为50mm。衍射板6即为常用的普通的透过型衍射板即可；孔径光阑7为孔径在1～20mm可调的普通光阑，如北京大恒GCM-57，实例中取5.2mm的孔径大小。第二消色差透镜8同第一消色差透镜5选型一致即可，透镜焦距依旧为50mm，同5.2mm的孔径光阑组合获得3°发散角(半角)。
双波长FWMI光谱鉴频器主体中，FWMI立方分光棱镜9为1英寸的非偏振立方分光棱镜，分光比为50/50；双波长FWMI的干涉臂长度及材料根据先前提及的FSR条件和视场展宽条件进行计算，其中倾斜角θt选择1.5°，λ1和λ2分别选择355nm和532nm，干涉仪FSR选择3GHz，配合玻璃臂材料的选择，计算得到各个干涉臂的长度。最终得到第一玻璃臂10长度为143.8510mm，材料为康宁公司生产的熔融石英玻璃C7980；第二玻璃臂11长度为60.9768mm，材料为肖特玻璃库中的F2玻璃；空气臂长度为60.9787mm；FWMI高反镜12为在355nm和532nm波段有近100％反射率的高反镜。
微位移系统核心器件微位移器13(PZT)为PI公司定位分辨率2nm的微位移器，全行程30um。
整个干涉仪安装在不锈钢制成的密封腔15内，通光面安装有窗口片；气动执行元件为气缸，使用亚德客公司生产的标准气缸即可，型号为SAI250X50-S；气动控制元件则为雷赛公司生产的42型闭环步进电机同1204导轨配合，整个气压控制装置能够实现0.5-1.5atm气压调谐范围。
光电探测系统中，第一视场光阑17和第二视场光阑20同孔径光阑7采用相同的可调光阑即可；第一消球差透镜18和第二消球差透镜21焦距为75mm；第一探测CCD19和第二探测CCD22为普通分辨率1392×1040的普通工业相机，自带同步触发功能和光强实时显示功能。
下面结合具体的装置参数进一步说明双波长FWMI光谱鉴频器的装调方式。
首先按图1所示的光路搭建好装置，需要注意衍射板6需要放在第一消色差透镜5的焦距上。然后按图2所示的流程图进行调整与检测，双波长FWMI光谱鉴频器的视场展宽角度如图3所示，步骤1中获得最终发散角应小于最大允许角度，孔径光阑7的光阑大小调整为5.2mm配合50mm焦距的消色差透镜,以确保产生3°发散角(半角)的汇聚球面波。在实现到步骤3时，将会看到较为明显的干涉图变化，在两个CCD上均能看到干涉图从原本较为密集的圆形条纹数量逐渐减少直至0条纹位置，此时说明目前FWMI高反镜12的位置已经处在最优位置的附近。之后利用CCD自带的强度测量功能，配合PZT扫描以及气压步进调整，利用穷举法按照步骤4-6持续迭代，直至找到最佳工作点。此时双波长FWMI光谱鉴频器的全部装调工作已经完毕，只需要将双波长干涉系统放入实际多波长HSRL接收光路，并将第一探测CCD19和第二探测CCD22替换成探测PMT即能实现两路分子信号的同步探测。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种双波长FWMI光谱鉴频器，其特征在于，包括激光发射系统、双波长FWMI主体和光电探测系统；
所述的激光发射系统包括沿光路顺次布置的双波长激光器、楔形镜、第一消色差透镜、衍射板、孔径光阑和第二消色差透镜，其中，所述楔形镜的数量至少为一个；所述双波长激光器发射的高功率激光首先通过至少一个楔形镜衰减后经过第一消色差透镜汇聚，汇聚后的光束经过衍射板做进一步的激光能量衰减，再经过孔径光阑和第二消色差透镜后产生恰当发散角且具有合适功率的激光扩束光束，并使其进入双波长FWMI主体；
所述的双波长FWMI主体包括带气压控制系统的密封腔以及设置在密封腔内的FWMI立方分光棱镜、第一玻璃臂、第二玻璃臂和FWMI高反镜，所述的FWMI高反镜连接在由微位移控制系统控制的微位移器上，第二玻璃臂和FWMI高反镜之间的空气间隙为空气臂；进入双波长FWMI主体的双波长信号光首先在FWMI立方分光棱镜处分成两束；其中反射光束通过第二玻璃臂和空气臂，被FWMI高反镜反射回来后再透过FWMI立方分光棱镜，并射出双波长FWMI主体；透射光束通过第一玻璃臂后再反射回FWMI立方分光棱镜，并被FWMI立方分光棱镜反射出FWMI主体；从双波长FWMI主体出射的干涉光束入射至光电探测系统；
所述的光电探测系统包括二向色镜、第一视场光阑、第一消球差透镜、第一探测器CCD、第二视场光阑、第二消球差透镜和第二探测器CCD；双波长FWMI中出射的干涉光束首先经过二向色镜将两个波长的光进行分离，分离后的干涉光束分别穿过第一视场光阑和第二视场光阑，两个干涉图再分别被对应的第一消球差透镜和第二消球差透镜成像到对应的探测器CCD上。
2.根据权利要求1所述的双波长FWMI光谱鉴频器，其特征在于，所述的双波长FWMI主体中，第一玻璃臂、第二玻璃臂和空气臂长度分别为d1，d2和d3，对应的折射率则分别为n1，n2和n3，满足FWMI双波长视场展宽条件以及FSR条件，具体表达式如下：
OPD＝2[n1d1-n2d2-n3d3]＝c/FSR (1)
式中，c为光速，FSR为干涉鉴频器的自由光谱范围，OPD为双波长FWMI的第一玻璃臂与第二玻璃臂、空气臂的光程差，λ1，λ2分别表示两个目标探测波长，θt为双波长FWMI设计时引入的倾斜入射角，通常为一较小角度值，用于进一步增大视场接收角。
3.根据权利要求1所述的双波长FWMI光谱鉴频器，其特征在于，所述激光发射系统、双波长FWMI主体和光电探测系统中，在各通光面及反射面镀有对应的双波长增透膜及高反膜。
4.根据权利要求1所述的双波长FWMI光谱鉴频器，其特征在于，所述孔径光阑的直径d与第二消色差透镜的焦距f配合，产生恰当发散角θ且具有合适功率的激光扩束光束，具体满足下式：
5.一种权利要求1～4任一所述双波长FWMI光谱鉴频器的装调方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)调节激光发射系统中孔径光阑和光电探测系统中第一视场光阑、第二视场光阑的大小，使入射进对应探测CCD的球面波呈现大于1度的发散角；
(2)放置双波长FWMI高反镜，使其位置与第二玻璃臂的距离大于计算所得空气臂的长度d3；
(3)将FWMI高反镜逐步向第二玻璃臂推进，当FWMI高反镜近似达到了最优位置时，停止推进并固定锁紧FWMI高反镜，随后将密封腔进行密封处理；
(4)利用微位移系统以较小的步长间隔进行扫描，获得两个通道干涉图光强随位移的变化曲线，并分别统计得到各自通道最低光强；
(5)微位移系统配合气压控制系统同步进行双参数调谐；具体过程为：根据步骤(4)的扫描结果，判断能否在当前气压条件下，只依赖微位移调谐使两个目标波长均能通过双波长FWMI达到最佳暗条纹位置；若不能，则对于气压控制系统同样采取固定步长改变，每当气压变化一个步长，按照步骤(4)中的方法调节微位移系统进行扫描，观察并记录两个通道的光强最低值；
(6)若在某个确定的气压条件下，完成微位移器扫描结束后，两个通道同时达到干涉光强最低点，且各通道的最低光强不大于步骤(4)中的所得到的最低光强，则直接将微位移器移动至该点即为最优装调位置，若最低光强点尚未同步或最低光强数值存在明显偏大情况，则证明尚未调整至最优位置，则重复步骤(4)～(5)。
6.根据权利要求5所述的装调方法，其特征在于，步骤(3)中，FWMI高反镜近似达到了最优位置的判断过程如下：
随着FWMI高反镜向最优位置的不断逼近，探测CCD所探测到的干涉图上条纹变得越来越少，直至出现视觉上最少干涉环，此时说明FWMI高反镜近似达到了最优位置，停止推进。
7.根据权利要求5所述的装调方法，其特征在于，步骤(4)中，在利用微位移系统进行扫描时，控制微位移系统进行多次往返扫描，对于结果进行多次平均后获得两个通道的最低光强。
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