[实用新型]一种宽谱段高分辨光谱干涉测量装置

说明书

本实用新型涉及一种宽谱段高分辨光谱干涉测量装置，包括沿光路依次设置的第一色散系统、像切分器、第一聚光模块、第二准直模块、干涉模块、光压缩模块、第三准直模块、第二色散系统及探测器；首先将目标光准直后色散至探测器行像元或列像元上；然后按照不同谱段反射至同一平面的不同位置；再将反射光束准直后进入干涉模块获得干涉条纹；再将干涉条纹沿与干涉条纹垂直方向压缩；最后将压缩后的干涉条纹沿探测器行像元方向或列像元方向进行二次色散，获得高分辨光谱干涉条纹。解决了宽谱段高分辨率光谱干涉受到探测器行或者列像元数限制、交叉色散导致光谱谱线弯曲等的问题，实现一种宽谱段，高精度，高信噪比的视向速度探测方案。

技术领域

本实用新型属于光学探测领域，特别涉及一种宽谱段高分辨光谱干涉测量装置。

背景技术

光谱探测技术是获取物质结构和化学组成、物质元素含量测定以及研究原子能级、光学信号频移探测的重要手段，目前已经在工农业生产、科学研究、环境监测、航空航天遥感、天文观测等领域有着广泛的应用。干涉测量技术是光学测量中应用最广泛的技术之一，是实现高精度测距、微弱信号探测、激光光刻、光学调控、大气成分测量等技术的重要手段，应用领域广泛。光谱和干涉相结合的色散延迟干涉技术作为一种新的测量技术被应用于视向速度的测量，而视向速度法是系外恒星特征探测，系外行星探测，宇宙微弱信号检测，大气中高层风场测量等用到的主要方法之一。

目前，实现视向速度法的主要技术方法有两种：一种利用高分辨率交叉色散阶梯光栅光谱仪，另一种利用相干色散光谱仪。前者的核心组件是高分辨率阶梯光栅；后者则由一个干涉仪和后色散器件组成。这两种测量方法的主要区别在于，前者通过高分辨阶梯光栅实现高级次衍射，使用多个衍射级次实现谱段展宽，再经过棱镜交叉色散达到宽谱段高分辨率光谱，通过直接测量因多普勒效应产生的恒星光谱谱线的位置移动，计算恒星的视向速度信息；而后者是通过中色散或低色散光栅色散的方法将恒星光线通过干涉仪获得的干涉条纹进行色散，通过干涉条纹的相位移动来计算视向速度信息。这两种仪器在系外行星探测方、大气风场测速方面具有各自的优势，前者光谱分辨率高，直接测量获得目标的光谱数据，数据直观，计算简单；但高色散导致单个探测器像元的接收的能量弱，系统信噪比低，同时，由于对不同波长光波的色散能力不同，交叉色散导致光谱谱线弯曲较为严重，导致了观测误差的增大，并且高精度交叉色散探测系统对观测环境要求非常高，从而极大的增加了观测成本，从各方面限制了该技术的发展。后者光谱分辨率低，单个像元接收能量较高，信噪比高，恒星光谱的位移通过干涉仪转换到干涉条纹相位的变化，而较大的干涉光程差实现了对光谱偏移量的放大，并且后者对观测环境的要求较低，技术可实现性好；但后者的数据处理比较复杂，并且，后者在色散过程中光谱精度和光谱范围受到探测器行或列像元数量的限制，导致光谱色散分辨率低、观测光谱范围窄等问题。

目前，解决探测器像行或列像元数量限制仪器光谱分辨率和光谱测量范围的方法是：采用中低分辨率光栅+棱镜交叉色散的方案。但在这一方案中，棱镜色散方向和条纹方向是相同的，由于棱镜对不同波长的色散能力是不同的，因此色散过程中，会使不同波长的条纹产生不同大小的移动量，这种条纹移动会经过探测器采样，会导致探测器采样条纹的对比度下降。而相干色散探测技术中的关键点就在于条纹的提取，对比度下降会严重影响仪器的探测精度。另一方面，交叉色散导致光谱谱线的弯曲方向和干涉条纹分布方向一致，这种弯曲导致了条纹相位的变化，从而给干涉条纹的相位变化引入了额外的误差量，进一步造成测量精度的降低。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出一种宽谱段高分辨光谱干涉装置。解决了宽谱段高分辨率光谱干涉受到探测器行或者列像元数限制、交叉色散导致光谱谱线弯曲等的问题，实现一种宽谱段，高精度，高信噪比的视向速度探测方案。

为了解决现有方案存在的问题，本实用新型公开了一种宽谱段高分辨光谱干涉测量方法，包括以下步骤：

步骤一：将目标光准直后色散至探测器行像元或列像元上；