[发明专利]基于光开关阵列的干涉光谱仪及制作方法

权利要求书

1.基于光开关阵列的干涉光谱仪，包括准直镜(2)、分束器(3)、横向阶梯相位反射镜(4)、纵向阶梯相位反射镜(5)、光开关阵列(6)、聚焦镜(7)和点探测器(8)，光源(1)发出的光束经准直镜(2)后出射平行光束，所述平行光束经分束器(3)反射后入射至横向阶梯相位反射镜(4)，经分束器透射后的光束入射至纵向阶梯相位反射镜(5)，所述横向阶梯相位反射镜(4)和纵向阶梯相位反射镜(5)分别对入射的光束进行空间分布式相位调制后再次经分束器(3)发生干涉，形成干涉光场阵列；所述干涉光场阵列入射到光开关阵列(6)上，所述光开关阵列(6)中的每个光开关单元对干涉光场阵列中的每个干涉光场单元进行分步式接收，并由聚焦镜(7)会聚到点探测器(8)上，获得干涉光强采样序列；其特征是；

所述横向阶梯相位反射镜(4)和纵向阶梯相位反射镜(5)将入射光场分割成多个光场单元，并且每一个光场单元对应横向阶梯相位反射镜(4)的一个行反射镜单元和纵向阶梯相位反射镜(5)的一个列反射镜单元；横向阶梯相位反射镜(4)上每个行反射镜单元对应一个相位调制量，纵向阶梯相位反射镜(5)上每个列反射镜单元对应另一个相位调制量，当横向阶梯相位反射镜(4)与纵向阶梯相位反射镜(5)反射的光场发生干涉时，横向阶梯相位反射镜(4)上每个行反射镜单元与纵向阶梯相位反射镜(5)上每个列反射镜单元对应的干涉光场具有一个相位差，出射光场为具有空间相位差分布的干涉光场阵列，且每一个干涉光场单元对应着一个不同的相位差；

出射的干涉光场阵列入射到光开关阵列(6)上，所述光开关阵列(6)中每个光开关单元对应干涉光场阵列中的一个干涉光场单元，当光开关阵列(6)上某一个光开关单元处于开路状态时，则入射光场与该光开关单元所对应的干涉光场单元通过，并经聚焦镜(7)被点探测器(8)接收；

设定横向阶梯相位反射镜(4)有M个行反射镜单元，每个行反射镜单元的宽度为a，纵向阶梯相位反射镜(5)有N个列反射镜单元，每个列反射镜单元的宽度为b，所述光开关阵列(6)中每个光开关单元的尺寸为s×t，光开关阵列(6)数目为K×L，所述光开关阵列(6)的每个光开关单元与干涉光场阵列的每个干涉光场单元一一对应，设定光开关阵列(6)中每个光开关单元的尺寸满足关系s≤a，t≤b，且光开关阵列(6)的阵列数目满足K≥M，L≥N；

设定入射光场的光波的波长为λ，点探测器(8)的尺寸为c×d，所述点探测器(8)上的弥散斑尺寸为2λf/s×2λf/t，所述点探测器(8)光敏面的尺寸满足f为聚焦镜(7)的焦距；

所述分束器(3)为带有栅棱结构的轻型分束器由栅棱、分束窗和分束膜组成，所述栅棱对分束器进行空间分割形成分束窗阵列，分束膜位于分束窗上表面或分束窗和栅棱的上表面，栅棱对分束膜起支撑作用；

栅网分束器中的栅棱在横向的宽度是其纵向宽度的倍，分束窗在横向的宽度是其纵向宽度的倍，分束窗在横向和纵向的占空比相同；

所述栅网分束器中的栅棱宽度范围为1nm-100cm，分束窗宽度范围为1nm-100cm；栅棱厚度范围为1nm-100cm，分束窗厚度范围为1nm-100cm；

所述栅网分束器中的栅棱的剖面结构为单面矩形、单面平行四边形、单面梯形、双面矩形、双面平行四边形或双面梯形；

基于光开关阵列的干涉光谱仪的制作方法，采用可见激光阵列标定与红外相机观测相结合的方法进行系统的集成，其特征是，该方法由以下步骤实现：

步骤一、采用可见激光阵列标定系统光轴，激光阵列具有与横向阶梯相位反射镜相同的行数M与纵向阶梯相位反射镜相同的列数N，且激光阵列各激光单元在横向的间距等于纵向阶梯相位反射镜的单元宽度b，在纵向的间距等于横向阶梯相位反射镜的单元宽度a，通过调节激光阵列源的位置和角度，使得激光阵列的各个光轴平行；

步骤二、在光路中插入一块45°可见光分光棱镜，所述可见光分光棱镜将激光阵列光束分成两路，通过调节所述分光棱镜的位置和角度，使透射激光束与激光阵列光束共线，反射激光束与激光阵列光束垂直；

步骤三、将横向阶梯相位反射镜(4)放置在反射激光阵列的光路中，通过调节横向阶梯相位反射镜的位置和角度，使反射激光阵列光路中的各行激光束入射到横向阶梯相位反射镜各行反射镜单元的长轴中线上，且入射到横向阶梯相位反射镜上的光束沿原路返回，使横向阶梯相位反射镜与激光阵列的光轴垂直；

将纵向阶梯相位反射镜(5)放置在透射激光阵列的光路中，通过调节纵向阶梯相位反射镜的位置和角度，使透射激光阵列光路中的各列激光束入射到纵向阶梯相位反射镜的各列反射镜单元的长轴中线上，且入射到纵向阶梯相位反射镜上的光束沿原路返回，使纵向阶梯相位反射镜与激光阵列的光轴共线；

步骤四、将可见光分光棱镜旋转90°，使反射激光束转向180°，将光开关阵列(6)放置于旋转后的反射激光束光路中，通过调节光开关阵列的位置和角度，使入射到光开关阵列上的各激光束位于光开关阵列的各光开关单元的中心位置；

步骤五、移除可见光分光棱镜，将分束器放置于可见光分光棱镜的位置；通过调节分束器的位置和角度，使得反射到横向阶梯相位反射镜上的各激光束位于各行反射镜单元的长轴中线上，且被横向阶梯相位反射镜反射的光束沿原路返回；

步骤六、将准直镜(2)放置于前置光路中，通过调节准直镜的位置和角度，使激光阵列在准直镜表面上呈对称分布，且被准直镜表面反射的激光束在激光阵列源平面上也呈对阵分布，保证准直镜的光轴水平；

步骤七、移除激光阵列，将红外光源放置在准直镜(1)前方，通过调节红外光源的位置，使红外光源位于准直镜的物方焦点上；

步骤八，将红外相机放置于光开关阵列(6)之后，打开红外光源，并将光开关阵列的所有光开关单元设置为开状态，调节红外相机的位置，使两个阶梯相位反射镜中的一个在红外相机的面阵探测器上清晰成像，然后调节另一个阶梯相位反射镜的轴向平移位置，采用红外相机观测，直到出现干涉图像为止；

步骤九、移除红外相机，将聚焦镜(7)放置于光开关阵列(6)之后，并将红外面阵探测器放置于聚焦镜(7)的像方焦面上，通过调节聚焦镜(7)的位置和角度，使光开关单元各开状态的光束均聚焦于红外面阵探测器的中心位置；

步骤十、移除红外面阵探测器，将点探测器(8)放置于聚焦镜(7)的焦平面上，调节点探测器(8)的位置，使点探测器的输出信号最大时，固定各器件，完成系统集成。