[发明专利]一种实现大光程差、高稳定性的相干色散光谱成像方法及装置

说明书

本发明属于光谱成像技术领域，涉及一种实现大光程差、高稳定性的相干色散光谱成像方法及装置。克服基于传统迈克尔逊型干涉仪相干色散光谱成像存在的对环境要求严苛及透过率和灵敏度较低的问题。利用分束器将目标光束分成强度比为50:50的两路光束；利用光程调节元件用于改变两路光束的光程，形成干涉条纹；利用汇聚透镜将干涉光汇聚成像到狭缝处；利用色散器件将干涉条纹按照波长色散；利用光电探测器接收色散器件色散后的干涉条纹信息。成像装置相比于传统相干色散光谱成像仪，具有能量利用率高、灵敏度高、结构紧凑及稳定性高的优点。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，涉及一种实现大光程差、高稳定性的相干色散光谱成像方法及装置。

背景技术

基于相干色散技术进行精确的视向速度测量是一种很有前途的探测太阳系外行星的技术。传统的太阳系外行星探测技术是用高精度交叉色散阶梯光栅光谱仪精确地测量出极其微小的多普勒频移来提取视向速度信号，但实现高分辨率需要用大口径望远镜才能获得足够的光能，不仅设备研制成本高，而且技术难度大、仪器易受环境影响。而相干色散技术是通过测量光谱谱线经干涉仪后形成的干涉条纹的相位变化来确定视向速度，可以选择较低分辨率的色散器件，来实现与高精度阶梯光栅等同的探测精度，从而有效地提高了仪器的通量。相干色散方法具有低成本、结构紧凑、可同时探测多个目标等优势。

相干色散方法一般基于迈克尔逊型干涉仪，往往因温度的影响和环境的振动使得干涉条纹不稳定，需要采取适当的隔振和恒温措施，否则会严重影响测量的精度，因而采用迈克尔逊干涉仪会额外增加对环境的温度和压强的苛刻要求。此外，传统相干色散方法中迈克尔逊干涉分光只利用了目标光中50％的能量，因为干涉仪返回光源的一路光的能量未加利用。干涉仪的能量利用率理论上也只能达到50％，造成系统透过率和灵敏度较低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种大光程差、高稳定性的相干色散光谱成像方法及成像装置，克服基于传统迈克尔逊型干涉仪相干色散光谱成像存在的对环境要求严苛及透过率和灵敏度较低的问题。

本发明采用的技术方案是提供一种实现大光程差、高稳定性的相干色散光谱成像方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1、调节目标光束以平行或者会聚光进入到干涉分光光路；

步骤2、将目标光束分成强度比为50:50的两路光束，调节两路光束之间的光程差，形成干涉条纹；

步骤3、将干涉条纹会聚成像到狭缝上；

步骤4、将干涉条纹按照波长色散到光电探测器上接收。

进一步地，为了提高系统稳定性，步骤2中，利用非偏振立方体分束器将目标光束分成强度比为50:50的透射光束和反射光束。

进一步地，步骤2中，调节非偏振立方体分束器，使得非偏振立方体分束器半透半反射层平行于目标光束的传播方向；通过调节非偏振立方体分束器半透半反射层与目标光束之间的距离，调整通过非偏振立方体分束器后的透射光束和反射光束之间的距离。

进一步地，步骤2中，利用光程差调节元件调节透射光束或反射光束之间的光程差。

进一步地，步骤5中，利用色散器件先将干涉条纹整理为平行光，再按照波长色散到光电探测器上接收。

本发明还提供一种实现大光程差、高稳定性的相干色散光谱成像装置，其特殊之处在于，包括沿光路依次设置的分束器、光程调节元件、汇聚透镜、狭缝、色散器件及光电探测器；

上述分束器用于将目标光束分成强度比为50:50的两路光束；

上述光程调节元件用于改变两路光束的光程，使得两路光束之间具有设定的光程差，形成干涉条纹；

上述汇聚透镜用于将干涉光汇聚成像到狭缝处；

上述狭缝位于色散器件的一次像面处；