[发明专利]一种大口径宽光谱F-P可调谐滤波器的高精密装配系统

说明书

本发明公开了一种大口径宽光谱F‑P可调谐滤波器的高精密装配系统，该装配系统主要由定镜安装模块、动镜安装模块、压电惯性驱动器、三维微位移平台和二维电动位移台组成，采用粗调、微调和精调三重调节机构调节对F‑P腔的初始腔长和反射镜面间平行度进行精确设定，腔长调节分辨率可以达到10nm量级，腔内两反射镜面间平行度可以达到10supgt;‑1/supgt;μrad量级。该高精密装配系统位移定位精度高，平行度调节能力强，能够确保大口径宽光谱范围F‑P可调谐滤波器的F‑P腔的初始腔长和反射镜面间平行度满足高光谱遥感应用要求。

技术领域

本发明涉及F-P可调谐滤波器，特别涉及一种大口径宽光谱范围F-P可调谐滤波器的高精密装配系统。

背景技术

高光谱遥感技术以“图谱合一”的特点和强大的信息获取能力，在地球科学、国防安全、环境监测和深空探测等诸多应用领域表现优异。近年来，高光谱遥感技术在无人机系统、小卫星有效载荷等某些特殊技术领域的应用，对成像光谱仪的小型化、轻量化提出了更高的要求。

分光技术是高光谱遥感技术中的核心关键技术之一，现有的高光谱成像仪多基于棱镜-光栅-棱镜组件或光栅分光^[1-3]，分光系统占据空间较大，导致整机的重量较重。成像光谱仪更小更轻的发展趋势对分光技术提出了更高的要求。

法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot Interferometer,FPI)是利用多光束干涉原理进行光谱选择的分光器件，在超精细光谱结构分析领域应用广泛^[4]。Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器(Tunable Fabry-Perot Filters，TFPF)利用F-P腔的通带波长可随其腔长变化的特点，实现可调滤波。

TFPF主要由平行放置的内表面镀有高反射率膜层的两块透明平板组成，平板之间的空气间隙利用微小的压电陶瓷块调节。TFPF构型扁平，结构紧凑简单，体积小，重量轻，在光谱成像系统中使用时可以放置在平行光路里，也可直接置于探测器前。采用TFPF分光可大大简化成像光谱仪的分光系统，大幅降低高光谱成像仪的体积、重量和功耗。

TFPF作为可扫描的分光元件在高光谱遥感系统中使用时，其通光孔径通常需要达到几十个mm，为保证宽的工作光谱范围(≥500nm)和nm级的光谱分辨率，F-P腔的腔长要小至μm尺度甚至更小，腔内反射镜面间要维持优于10^-1μrad级的平行度。为了使器件尽量轻薄，TFPF选用的压电陶瓷块的厚度一般为2～3mm，其最大输出位移仅为数μm，若F-P腔内不同位置的空气间隙厚度差异或腔长的实际需要调整量超出了压电致动器的最大输出位移，则压电致动器将失去对腔长和镜面间平行度的有效调节能力。

如何对大尺寸TFPF进行高精密的装配，确保F-P腔的初始腔长和反射镜面间平行度达到设定的技术指标要求，是TFPF实现nm级高光谱分辨率可调滤波的前提。

参考文献

[1]王欣，杨波，丁学专.空间遥感短波红外成像光谱仪的光学系统设计[J].红外技术，2009，31(12)：687-690

[2]袁立银，何志平，舒嵘.短波红外棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪光学系统设计[J].光子学报，2011，40(6)：831-834

[3]薛庆生，林冠宇，宋克非.星载大视场短波红外成像光谱仪光学设计[J].光子学报，2011，40(5)：673-678

[4]郑植仁.光学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006：124

发明内容

本发明针对大尺寸宽光谱范围TFPF的F-P腔μm级腔长和腔内反射镜面间10^-1μrad级的平行度的装配要求，提出了一种大口径宽光谱范围TFPF的高精密装配系统。