專利名稱：雙貓眼動(dòng)鏡干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干涉儀，具體涉及一種應(yīng)用于高分辨率傅里葉變換光譜儀的雙貓眼動(dòng)鏡 干涉儀。
背景技術(shù)：
傅里葉變換光譜儀具有高光譜分辨率、高通量、多通道等優(yōu)點(diǎn)，影響邁克爾遜 (Michelson)干涉儀在傅里葉光譜儀中應(yīng)用的最大問(wèn)題是平面動(dòng)鏡在掃描過(guò)程中的傾斜問(wèn) 題。
使用貓眼鏡(cat，s-eyeretroreflector)或角反射體(cube-corner mirrors)代替平面動(dòng)鏡可 以很好地解決傾斜問(wèn)題，唯一的缺點(diǎn)是單個(gè)貓眼動(dòng)鏡或角反射體存在橫向偏移問(wèn)題。另外一 種辦法是使用動(dòng)態(tài)校正伺服系統(tǒng)，但分辨率越高，這種校正系統(tǒng)的失靈概率就越高，而且該 系統(tǒng)對(duì)機(jī)械振動(dòng)引起的擾動(dòng)非常敏感。轉(zhuǎn)鏡式或擺鏡式干涉儀消除了平面動(dòng)鏡傾斜帶來(lái)的誤差，提高了儀器的穩(wěn)定性和可靠 性，但其產(chǎn)生的光程差與轉(zhuǎn)角為非線性關(guān)系，只適用于低分辨率光譜儀。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙貓眼動(dòng)鏡干涉儀，其解決了背景技術(shù)中平面動(dòng)鏡傾斜、單 個(gè)貓眼動(dòng)鏡或角反射體橫移的技術(shù)問(wèn)題；在傅里葉變換光譜儀的應(yīng)用中相對(duì)于邁克爾遜干涉 儀大大地提高了精度，而且雙貓眼動(dòng)鏡只需移動(dòng)很小的距離即可獲得較大的光程差，在制造 誤差和運(yùn)動(dòng)誤差相同的條件下，可獲得更高的儀器分辨率。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種雙貓眼動(dòng)鏡干涉儀，包括30度角設(shè)置在入射光束光路上的一個(gè)分束器，該分束器 在入射光束傳播方向上第二個(gè)面為半反射面；還包括設(shè)置在上述半反射面反射光束光路上的 第一平面鏡和設(shè)置在上述半反射面透射光束光路上的第二平面鏡；還包括設(shè)置在第一平面鏡 反射光束光路上的第一貓眼動(dòng)鏡和設(shè)置在第二平面鏡反射光束光路上的第二貓眼動(dòng)鏡；還包 括探測(cè)器、以及將經(jīng)第一貓眼動(dòng)鏡和第二貓眼動(dòng)鏡反射的光束會(huì)聚到探測(cè)器上的收集鏡。
其特征在于
所述的第一貓眼動(dòng)鏡和第二貓眼動(dòng)鏡被一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)背靠背地固定在一起作為一個(gè)單 獨(dú)的運(yùn)動(dòng)部件；所述的兩個(gè)貓眼動(dòng)鏡的主鏡之間的距離幾乎為零；所述的兩個(gè)貓眼動(dòng)鏡的主 鏡均為球面反射鏡、次鏡均為平面反射鏡；第一貓眼動(dòng)鏡次鏡、第二貓眼動(dòng)鏡次鏡、分束器之間相互平行，它們與入射光束之間的夾角均為30度；所述的第一貓眼動(dòng)鏡和第二貓眼動(dòng) 鏡沿分束器的法線方向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
所述的第一平面鏡平行于入射光束，所述的第二平面鏡與入射光束之間的夾角為60度； 所述第一平面鏡和第二平面鏡與分束器之間的夾角均為30度；所述的分束器、第一平面鏡、
第二平面鏡、第一貓眼動(dòng)鏡和第二貓眼動(dòng)鏡的中心位于同一個(gè)平面內(nèi)。
上述的分束器與第二平面鏡之間的光束光路上還設(shè)置有同時(shí)補(bǔ)償各種波長(zhǎng)光程差的補(bǔ)
償板；該補(bǔ)償板與所述分束器具有相同的折射率和厚度且平行放置。 上述的分束器可為兩塊膠合的平面平行平板。 上述的分束器可為分光立方棱鏡。 上述的收集鏡為會(huì)聚透鏡或會(huì)聚透鏡組。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于-
1. 光程差為雙貓眼動(dòng)鏡位移(相對(duì)于其零光程差位置)的4倍，即雙貓眼動(dòng)鏡移動(dòng)很 小的距離即可獲得較大的光程差，適用于各種光譜丄作區(qū)的高分辨率光譜儀。
2. 該干涉儀消除了雙貓眼動(dòng)鏡傾斜產(chǎn)生的影響。
3. 該干涉儀消除了雙貓眼動(dòng)鏡橫移產(chǎn)生的影響。
在傅里葉變換光譜儀的應(yīng)用中，該干涉儀相對(duì)于邁克爾遜干涉儀大大地提高了精度。
圖1為本發(fā)明光學(xué)結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明包含補(bǔ)償板的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖3為兩塊膠合的平面平行平板分光裝置。
圖4為立方棱鏡分光裝置。
具體實(shí)施例方式
雙貓眼動(dòng)鏡干涉儀包括一個(gè)分束器、兩個(gè)固定的平面反射鏡(即第一平面鏡、第二平面 鏡)、和被一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)背靠背地固定在一起作為一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)部件的第一貓眼動(dòng)鏡和第 二貓眼動(dòng)鏡；兩個(gè)貓眼動(dòng)鏡的主鏡均為球面反射鏡、次鏡均為平面反射鏡；第一貓眼動(dòng)鏡的 次鏡、第二貓眼動(dòng)鏡的次鏡、分束器之間相互平行，它們與入射光束之間的夾角均為30度； 第一平面鏡平行于入射光束，第二平面鏡與入射光束之間的夾角為60度，兩個(gè)平面鏡與分 束器之間的夾角均為30度；分束器、第一平面鏡、第二平面鏡、第一貓眼動(dòng)鏡和第二貓眼 動(dòng)鏡的中心位于同一個(gè)平面內(nèi)；第一貓眼動(dòng)鏡和第二貓眼動(dòng)鏡沿分束器的法線方向做直線往
復(fù)運(yùn)動(dòng)。
入射的平行光束在分束器的半反射面上反射和透射，并被分為強(qiáng)度相等的兩束光I和II，光束I依次被第一平面鏡、第一貓眼動(dòng)鏡反射后折回到第一平面鏡，被第一平面鏡反射 后射向分束器并透過(guò)分束器，經(jīng)收集鏡會(huì)聚到探測(cè)器上；光束II依次被第二平面鏡、第二 貓眼動(dòng)鏡反射后折回到第二平面鏡，被第二平面鏡反射后射向分束器并透過(guò)分束器，經(jīng)收集 鏡會(huì)聚到探測(cè)器上。這兩束光由于來(lái)自同一光束，因而是相干光束，它們相交時(shí)發(fā)生干涉。
光束I和n之間的光程差是由雙貓眼動(dòng)鏡(第一貓眼動(dòng)鏡、第二貓眼動(dòng)鏡)的直線往 復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，光程差是雙貓眼動(dòng)鏡位移(相對(duì)于其零光程差位置)的函數(shù)。雙貓眼動(dòng)鏡沿 分束器的法線方向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。隨著雙貓眼動(dòng)鏡的直線運(yùn)動(dòng)，光程差的大小逐漸變化， 千涉強(qiáng)度也隨著逐漸變化。選擇在線性度較好的區(qū)域內(nèi)等時(shí)間間隔地測(cè)量即可得到一系列干 涉強(qiáng)度值，然后對(duì)取樣干涉強(qiáng)度值進(jìn)行傅里葉變換即可得到光譜值。
當(dāng)雙貓眼動(dòng)鏡移動(dòng)距離a時(shí),有兩種情況 一種情況是光束I的光程增加了 2a而光束II 的光程減少了2a，于是光束I和光束II之間光程差的變化量為4a;另外一種情況是光束I 的光程減少了 2a而光束II的光程增加了 2a，則光束I和光束II之間光程差的變化量仍為 4a。因此，光程差值的改變量為雙貓眼動(dòng)鏡移動(dòng)距離的4倍。光程差x與雙貓眼動(dòng)鏡位移 (相對(duì)于其零光程差位置)/之間的關(guān)系為
x = 4/ (1)
在理想情況(即雙貓眼動(dòng)鏡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沒有發(fā)生傾斜和橫移)下，千涉強(qiáng)度為 /(x) = S(o")[l + cos(2兀cjx)] (2)
式中CT為波數(shù)，S(CT)為光譜強(qiáng)度，X為光程差。
因此雙貓眼動(dòng)鏡干涉儀干涉強(qiáng)度與雙貓眼動(dòng)鏡位移(相對(duì)于其零光程差位置)之間的關(guān) 系式可表示為
/(x) = ￡(cr)[l + cos (3)
因?yàn)榈谝回堁蹌?dòng)鏡和第二貓眼動(dòng)鏡的出射光束與入射光束平行反向，所以雙貓眼動(dòng)鏡干 涉儀消除了雙貓眼動(dòng)鏡傾斜的影響。當(dāng)雙貓眼動(dòng)鏡發(fā)生橫向偏移時(shí)，第一貓眼動(dòng)鏡的橫移正 好補(bǔ)償了第二貓眼動(dòng)鏡的橫移，因此雙貓眼動(dòng)鏡的橫移對(duì)雙貓眼動(dòng)鏡干涉儀沒有影響，即雙 貓眼動(dòng)鏡干涉儀消除了雙貓眼動(dòng)鏡橫移產(chǎn)生的影響。
圖1中光束I通過(guò)分束器三次，而光束II則經(jīng)過(guò)一次，分束器分出的兩束光I和II具 有不對(duì)稱性。若入射光為單色光，光束T經(jīng)過(guò)分束器所增加的光程可以用空氣中的行程來(lái)補(bǔ) 償。但是入射光束為白光或其他復(fù)色光時(shí)，因?yàn)椴Ａв猩?，不同波長(zhǎng)的光有不同的折射率，
因而，對(duì)不同的波長(zhǎng)，通過(guò)分束器時(shí)所增加的光程不同，這是無(wú)法用空氣中的行程來(lái)補(bǔ)償?shù)摹?這時(shí)必須在分束器和第二平面鏡之間的光束光路上加上與分束器具有相同的折射率和厚度 且平行放置的補(bǔ)償板才能同時(shí)補(bǔ)償各種波長(zhǎng)的光程差，參見圖2。具有分束器和補(bǔ)償板的干涉儀尺寸較大，為了縮小干涉儀的外形尺寸，從而也為了提高 其機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，經(jīng)常應(yīng)用兩塊膠合的平面平行平板(參見圖3)和立方棱鏡(參 見圖4)這兩種分光裝置取代分束器和補(bǔ)償板。本發(fā)明中的貓眼鏡可由其他類型的貓眼鏡代替。
權(quán)利要求
1. 一種雙貓眼動(dòng)鏡干涉儀，包括30度角設(shè)置在入射光束光路上的一個(gè)分束器，該分束器在入射光束傳播方向上第二個(gè)面為半反射面；還包括設(shè)置在上述半反射面反射光束光路上的第一平面鏡和設(shè)置在上述半反射面透射光束光路上的第二平面鏡；還包括設(shè)置在第一平面鏡反射光束光路上的第一貓眼動(dòng)鏡和設(shè)置在第二平面鏡反射光束光路上的第二貓眼動(dòng)鏡；還包括探測(cè)器、以及將經(jīng)第一貓眼動(dòng)鏡和第二貓眼動(dòng)鏡反射的光束會(huì)聚到探測(cè)器上的收集鏡；其特征在于所述的第一貓眼動(dòng)鏡和第二貓眼動(dòng)鏡被一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)背靠背地固定在一起作為一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)部件；所述的兩個(gè)貓眼動(dòng)鏡的主鏡之間的距離幾乎為零；所述的兩個(gè)貓眼動(dòng)鏡的主鏡均為球面反射鏡、次鏡均為平面反射鏡；第一貓眼動(dòng)鏡次鏡、第二貓眼動(dòng)鏡次鏡、分束器之間相互平行，它們與入射光束之間的夾角均為30度；所述的第一貓眼動(dòng)鏡和第二貓眼動(dòng)鏡沿分束器的法線方向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述的第一平面鏡平行于入射光束，所述的第二平面鏡與入射光束之間的夾角為60度；所述第一平面鏡和第二平面鏡與分束器之間的夾角均為30度；所述的分束器、第一平面鏡、第二平面鏡、第一貓眼動(dòng)鏡和第二貓眼動(dòng)鏡的中心位于同一個(gè)平面內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙貓眼動(dòng)鏡干涉儀，其特征在于所述的分束器與第二平面 鏡之間的光束光路上還設(shè)置有同時(shí)補(bǔ)償各種波長(zhǎng)光程差的補(bǔ)償板；該補(bǔ)償板與所述分束器具 有相同的折射率和厚度且平行放置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙貓眼動(dòng)鏡干涉儀，其特征在于所述的分束器可為兩塊膠 合的平面平行平板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙貓眼動(dòng)鏡干涉儀，其特征在于所述的分束器可為分光立 方棱鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4任一所述的雙貓眼動(dòng)鏡千涉儀，其特征在于所述的收集鏡為會(huì) 聚透鏡或會(huì)聚透鏡組。
全文摘要
一種雙貓眼動(dòng)鏡干涉儀包含一個(gè)分束器、兩個(gè)固定的平面反射鏡、和被一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)背靠背地固定在一起作為一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)部件的第一貓眼動(dòng)鏡和第二貓眼動(dòng)鏡；兩個(gè)貓眼動(dòng)鏡的主鏡均為球面鏡、次鏡均為平面鏡；兩個(gè)貓眼動(dòng)鏡的次鏡、分束器之間相互平行，它們與入射光束之間的夾角均為30度；第一平面鏡平行于入射光束，第二平面鏡與入射光束之間的夾角為60度，兩個(gè)平面鏡與分束器之間的夾角均為30度；雙貓眼動(dòng)鏡沿分束器的法線方向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；光程差為雙貓眼動(dòng)鏡位移(相對(duì)于其零光程差位置)的4倍。這種干涉儀消除了雙貓眼動(dòng)鏡傾斜及橫移產(chǎn)生的影響，適用于各種光譜工作區(qū)的高分辨率傅里葉變換光譜儀。
文檔編號(hào)G02B17/08GK101261159SQ20081001803
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者楊慶華 申請(qǐng)人:楊慶華