CN208795461U - 一种用于积分视场光纤光谱仪光纤性能的集成化检测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于积分视场光纤光谱仪光纤性能的集成化检测装置，包括产生待测光束的光源，沿着光束前进方向依次设置的扩束镜、第一准直镜和第一定焦比组件，沿着光束前进方向所述第一透镜后用于接入光纤的入射端；与光纤的出射端相对应的，并列设置有：依次设置的第二定焦比组件和光能量计；第一成像设备；依次设置的反射镜、第二准直镜、第三透镜和第二成像设备；能够分别与所述光纤的出射端进行光路连接。本实用新型的一个技术效果在于，本实用新型能够同时检测多根光纤的焦比退化及光纤效率。
Description
技术领域
本申请属于天文设备检测领域，具体地说，涉及一种用于积分视场光纤光谱仪光纤性能的集成化检测装置。
背景技术
积分视场光纤光谱仪(IFU)因为能够通过单次曝光而得到面源光谱信息，可以得到面源信息的的三维数据立方体(Three-Dimensional Data Cube)(x,y和λ)采样，得到完整的天体信息，以及高的时间分辨率和观测效率，得到天文学家的青睐。
从1978年光纤第一次用于天文观测开始，光纤在天文仪器中广泛应用，这也使得光纤式光谱仪应用于多目标观测并取得巨大成功。光纤的广泛使用使得人们开始研究光纤的各项性能，包括透过率，焦比退化等。但是国内对于IFU光纤性能的检测还非常的落后，目前没有研究机构或公司可以按照科学要求同时检测IFU中光纤的各项性能。国内第一台用于夜天文观测的科学级IFU是由中国科学院上海天文台和德克萨斯大学奥斯汀分校合作的，并于2015年安装在云南天文台丽江天文观测站的2.4m望远镜上，其全称是CHiLI(ChinaLijiang IFU).对CHiLI的专门检测设备并没有提出专门的报告。目前国际上对于光纤数量较少的IFU，其检测光纤性能的方式是每根光纤逐一检测，对于光纤数量较多的IFU，其检测光纤性能的方法为抽样检测。
因此，有必要提供一种用于同时检测积分视场光纤光谱仪多根光纤性能的集成化检测装置。
实用新型内容
本申请的一个目的是提供一种用于检测积分视场光纤光谱仪光纤性能的集成化检测装置。
根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种用于积分视场光纤光谱仪光纤性能的集成化检测装置，包括产生待测光束的光源，沿着光束前进方向依次设置的扩束镜、第一准直镜和第一定焦比组件，沿着光束前进方向所述第一透镜后用于接入光纤的入射端；
与光纤的出射端相对应的，并列设置有：
依次设置的第二定焦比组件和光能量计；
第一成像设备；
依次设置的反射镜、第二准直镜、第三透镜和第二成像设备；
能够分别与所述光纤的出射端进行光路连接。
可选地，所述第一透镜后还设置有用于放置光纤的载物台。
可选地，所述载物台具有一个或多个用于固定光纤出射端的固定件。
可选地，所述第二定焦比组件和所述第一成像设备分别与所述光纤的出射端进行光路连接时，距离所述光纤的出射端的距离相等。
可选地，所述第一透镜后能够同时接入多根光纤的入射端。
可选地，还包括有处理模块，所述处理模块与所述光能量计、第一成像设备和第二成像设备电连接。
可选地，所述光源是激光灯、空心阴极灯、卤素灯或星光。
可选地，所述第一定焦比组件为沿着光束前进方向设置的第一光阑和第一透镜。
可选地，所述第二定焦比组件为沿着光束前进方向设置的第二光阑和第二透镜。
可选地，所述第一成像设备或/和所述第二成像设备为具有CDD摄像头的成像设备。
本实用新型的一个技术效果在于，本实用新型能够检测光纤的焦比退化及光纤效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型检测IFU的单根光纤效率时光路示意图；
图2是本实用新型检测IFU的单根光纤焦比退化时光路示意图；
图3是本实用新型积分视场光纤光谱仪光纤排布检测系统；
图4是本实用新型IFU光纤阵列端测试结果1；
图5是本实用新型IFU微透镜阵列及光纤阵列测试结果2；
图6是本实用新型IFU赝狭缝端排布精度测试结果；
图7是图6的测试结果分析；
图中：1光源，2扩束镜，3第一准直镜，4第一光阑，5第一透镜，6光纤，7第二光阑，8第二透镜，9光能量计，10第一成像设备，11载物台，12反射镜，13第二准直镜，14第三透镜，15第二成像设备。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本实用新型提供的一种用于积分视场光纤光谱仪光纤性能的集成化检测装置，如图1-3中所示的，包括产生待测光束的光源1，沿着光束前进方向依次设置的扩束镜2、第一准直镜3和第一定焦比组件，所述扩束镜2用于扩束，由第一准直镜3准直，沿着光束前进方向所述第一透镜5后用于接入光纤6的入射端，由第一定焦比组件用于确定光纤6的入射焦比。
与光纤6的出射端相对应的，并列设置有能够分别与所述光纤6的出射端进行光路连接的：
依次设置的第二定焦比组件和光能量计9，第二定焦比组件为所需焦比，进而得到光透过量，并通过光能量计9测出实际的光能，所述光能量计9为任何能够实现光电计量的光电转换的设备。
第一成像设备10，用于计算光纤6的焦比退化，通过光纤6的出射端与第一成像设备10的距离L，以及光在第一成像设备10上的成像光斑直径，可直接测出光经过光纤6后的实际焦比。
依次设置的反射镜12、第二准直镜13、第三透镜14和第二成像设备15，利用通过上述并列的两个检测系统检测出光纤6的性能，在以其作为参考光纤，通过结合专利(ZL201621056519.2)的方法一次检测出光纤阵列的所有光纤性能参数。由反射镜12，第二准直镜13，第三透镜14以及第二成像设备15组成的光路系统，用于检测IFU光纤阵列的光纤端面打磨/抛光程度，微透镜阵列耦合到光纤阵列端面的涂胶均匀程度。通过固定IFU光纤阵列待测端，并用均匀光源照亮IFU光纤阵列，通过反射镜12，由第二准直镜13和第三透镜14组成准直成像系统最终在成像第二成像设备15上成像，通过肉眼容易看出光纤端面的打磨/抛光程度以及微透镜耦合IFU光纤阵列时胶水的涂抹均匀程度。
本实用新型提高了积分视场光纤光谱仪的光纤检测效率，能够同时检测光纤的焦比退化及光纤效率。同时结合专利(ZL201621056519.2)所述检测系统，容易一次性测出IFU中所有光纤的排布精度、微透镜阵列耦合到光纤阵列位置精度、光纤效率、光纤焦比退化、光纤端面抛光程度以及在光纤阵列端胶合微透镜阵列时胶水涂抹均匀程度。集成化程度高，效率提高的同时提高了检测精度。
在一些实施例中，所述第一透镜5后还设置有用于放置光纤6的载物台11。
在一些实施例中，所述载物台11具有一个或多个用于固定光纤6出射端的固定件，用于分别对应上述并列的检测系统。
在一些实施例中，所述第二定焦比组件和所述第一成像设备10分别与所述光纤6的出射端进行光路连接时，距离所述光纤6的出射端的距离相等。
在一些实施例中，所述第一透镜5后能够同时接入多根光纤6的入射端，能够同时检测以及交叉检测，或者是形成光纤阵列进行检测。
在一些实施例中，还包括有处理模块，所述处理模块与所述光能量计9、第一成像设备10和第二成像设备15电连接，提高计算检测效率，例如通过计算机计算IFU光线阵列所成图像的能量分布，看是否是高斯分布或者在设计容差之内来判断IFU光线阵列是否满足设计要求。
在一些实施例中，所述光源1是激光灯、空心阴极灯、卤素灯或星光中的一种或几种。
在一些实施例中，所述第一定焦比组件为沿着光束前进方向设置的第一光阑4和第一透镜5。
在一些实施例中，所述第二定焦比组件为沿着光束前进方向设置的第二光阑7和第二透镜8。
在一些实施例中，所述第一成像设备10或/和所述第二成像设备15为具有CDD摄像头的成像设备。
在一些实施例中，所述透镜为复消色差透镜。
在本实用新型使用时，包括以下检测方法：
IFU单根光纤的效率测量
首先用光斑位置探测器把激光调平以确定光轴，根据需要，把位置探测器放置在光路最后端，固定不动，然后逐个放置所需要的光学镜头，根据光斑位置探测器的读数确保每个光学元件共轴，紧挨激光器的是显微物镜(扩束镜)，用于扩束，后面的镜头与显微物镜一起组成准直光路，并用第一光阑4改变通光口径，与第一透镜5组成固定焦比的系统，该焦比与光纤在光谱仪中设计的入射焦比一致，光纤出射端耦合透镜，由于光纤存在焦比退化，光纤出射端按照入射焦比的值，计算第二光阑7的口径与距离(L)，并把第二光阑7放置到相应位置，比如光纤入射到光谱仪中的焦比为F/5，那么第一光阑4与第一透镜5就做成F/5系统耦合进光纤，光纤出射端耦合微透镜后，假设出射焦比为F/8，那么距离L与第二光阑7的口径之比要为8，由于焦比退化的存在，实际的出射焦比会小于f/8，第二光阑7会挡住焦比退化后的部分光，实际通过第二光阑7的光才是我们需要的，这时用光能量计9记录通过第二光阑7和第二透镜8的光能量记为Wout，考虑光经过第二透镜8时玻璃透过率为95％(假设)，则通过第二光阑7的光能为Wout/95％，再把光能量计放到第一透镜5后面记录入射能量，结果记为Win，然后再测量背景强度记为Wb
根据公式：
η＝(Wout/95％-Wb)/(Win-Wb)*100％ (1)
即可得到考虑焦比退化后的光纤实际效率。一般在测试时通常选用中心波长405nm，543.5nm和633nm的激光作为光源。
IFU光纤阵列效率的测试
首先利用本实用新型检测一根或者几根光纤的效率，然后把光纤阵列的一端利用十分均匀的白光照亮，结合专利(ZL201621056519.2)所述检测系统(如图3所示)，把出射光的一端固定在载物台上，并在光路中加入与测试激光器中心波长相近的窄带滤光片(带宽可远宽于激光器的带宽)，并把所有待测光纤阵列的每根光纤成像到CCD上，然后计算每个图像的强度。把利用激光测试的1根光纤效率作为参考，记为ηref，这根光纤在CCD上的强度记为Iref，把待测光纤在CCD上的强度记为It，那么待测光纤在某一波长(激光器中心波长)的实际效率ηt则为：
ηt＝ηref*It/Iref (2)
这里ηref的测试方法按照公式(1)来计算。
IFU单根光纤焦比退化检测
光纤焦比退化的检测利用图2的光路，取一根或几根光纤作为参考光纤。在测试单根光纤或者几根光纤的焦比退化时，通过图2的光路，利用CCD测出光纤出射端与CCD距离为L时的光斑直径大小d，可通过调整L测出不同的光斑直径大小，通过取平均值或数值拟合计算出焦比退化后的实际焦比，以提高检测精度。
焦比退化后的实际焦比为
F/#＝L/d (3)
IFU光纤阵列焦比退化测试
先利用本实用新型专利测量得到一根光纤的焦比退化，记为F/#，该光纤作为参考光纤，然后把光纤阵列的待测端固在专利(ZL201621056519.2)所述系统的载物台上(如图3所示)，光纤阵列的另一端用均匀的白光入射，CCD放置于微离焦处，接收前端光纤的白光出射结果，计算待测光纤的半宽，记为Ht，参考光纤的半宽记为Href，
则待测IFU光纤焦比退化后的实际焦比F/#’为：
F/#’＝(F/#)*Ht/Href (4)
如果光纤阵列没有耦合微透镜阵列，检测方法与上述的方法相同。
对于多根光纤组成的IFU系统进行焦比退化测量，如果采用上述办法逐根测量会花费大量的时间和人力，如果利用本实用新型研制的设备结合专利(ZL201621056519.2)所述系统可以很轻松的快速测量全部光纤阵列光纤的焦比退化，光纤阵列越庞大，光纤数量越多，越能体现出该检测设备的优越性。
光纤端面打磨/抛光程度与微透镜阵列耦合到光纤阵列端面的涂胶均匀性检测
通过由图3所述光路，将光纤阵列待测端置于图3所述载物台，通过光源将光纤阵列另一端照亮，从而使得光纤阵列待测端通过图3光路在CCD上成像。
粗略的判断方法是直接用肉眼通过调节CCD采集图像的对比度可以很直观的看出光纤阵列的端面的打磨/抛光程度以及微透镜阵列耦合到光纤阵列端面涂胶的均匀性。
高精度判断的方法是通过光纤端面成像后，处理每根光纤的图像的能量分布，如果能量分布不是高斯分布，或者超出了IFU设计的容限，则为不合格，具体要根据设计容差来判断。
图4为微透镜阵列耦合到IFU光纤阵列端面的涂胶均匀性实验结果1,由图中可以看出，涂胶均匀性效果不好。重新涂胶测量结果见图5，光强分布更加均匀。同时测得赝狭缝端的光纤排布结果，如图6和图7所示。基本处于一条直线上，满足实验要求。
积分视场光纤光谱仪(IFU)光纤排布精度检测、微透镜阵列耦合到光纤阵列位置精度检测：
测试方法与专利ZL201621056519.2描述相同。
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定成分或方法。本领域技术人员应可理解，不同地区可能会用不同名词来称呼同一个成分。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分成分的方式。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离实用新型的精神和范围，则都应在实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于积分视场光纤光谱仪光纤性能的集成化检测装置，其特征在于，包括产生待测光束的光源，沿着光束前进方向依次设置的扩束镜、第一准直镜和第一定焦比组件，所述第一定焦比组件包括第一透镜，沿着光束前进方向，所述第一透镜后用于接入光纤的入射端；
与光纤的出射端相对应的，并列设置有：
依次设置的第二定焦比组件和光能量计；
第一成像设备；
依次设置的反射镜、第二准直镜、第三透镜和第二成像设备；
能够分别与所述光纤的出射端进行光路连接。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一透镜后还设置有用于放置光纤的载物台。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述载物台具有一个或多个用于固定光纤出射端的固定件。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第二定焦比组件和所述第一成像设备分别与所述光纤的出射端进行光路连接时，距离所述光纤的出射端的距离相等。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一透镜后能够同时接入多根光纤的入射端。
6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括有处理模块，所述处理模块与所述光能量计、第一成像设备和第二成像设备电连接。
7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光源是激光灯、空心阴极灯、卤素灯或星光。
8.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一定焦比组件为沿着光束前进方向设置的第一光阑和第一透镜。
9.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第二定焦比组件为沿着光束前进方向设置的第二光阑和第二透镜。
10.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一成像设备或/和所述第二成像设备为具有CCD探测的成像设备。
Priority Applications (1)
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| CN201821344181.XU CN208795461U (zh) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | 一种用于积分视场光纤光谱仪光纤性能的集成化检测装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109141824A (zh) * | 2018-08-20 | 2019-01-04 | 中国科学院云南天文台 | 一种用于积分视场光纤光谱仪光纤性能的集成化检测装置和检测方法 |
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2018
- 2018-08-20 CN CN201821344181.XU patent/CN208795461U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109141824A (zh) * | 2018-08-20 | 2019-01-04 | 中国科学院云南天文台 | 一种用于积分视场光纤光谱仪光纤性能的集成化检测装置和检测方法 |
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