干涉仪胶合和准确度分析

　　0　引言

　　随着科学技术的发展,人们发现组成物体的物质能够辐射或者吸收特定波长的能量,利用这种性质,就可以定性以及定量探测物质性质,获得物体组成成份的信息,对物体进行识别.光谱仪就是一种可以获得物质光谱信息,识别物体组成成分的仪器.成像光谱仪不仅能够提供目标一维的光谱信息,而且还能够提供目标两维的空间信息,成像光谱仪获得的这种空间维和光谱维数据称为数据立方体[1].

　　成像光谱仪采用不同的技术原理,获取数据立方体的方式也不同,文献[2]对成像光谱仪获取数据立方体的方式进行了研究,同时提出了根据对干涉仪的调制方法将成像光谱技术分为空间调制型、时间调制型及混合调制型三种.时间调制型成像光谱仪主要是基于Michelson干涉仪[3],靠干涉仪中动镜移动对干涉图进行调制.由于结构中具有运动部件,可靠性较差.对于准确度较高的光谱仪仅限于试验室内使用,空间调制型成像光谱仪[4-5]中没有运动部件,结构稳定,可以应用到工程上.

　　1　Sagnac型干涉仪

　　根据获取干涉图的方式不同,空间调制型成像光谱仪分为Michelson法、三角共路法以及双折射法[6].现在研制的成像光谱仪是基于三角共路法Sagnac型干涉仪.

　　光束在三角共路法Sagnac型干涉仪的路径如图1.

　　光束到达分束镜(Beam splitter)之后,一部分光透过分束镜到达反射镜M2,另一部分经过分束镜反射到达M1,经过M1和M2反射的光线回到分束镜,当M1和M2空间位置是关于分束镜对称时,则这两束光线经过的路径相同,方向相反.当M2偏离M1关于分束镜对称的空间位置时,则这两束光之间就会存在光程差,将在无穷远处产生等厚干涉条纹.

　　2　干涉仪胶合错位量

　　在成像光谱仪的研制中,为了装调方便,将Sagnac干涉仪做成由两块完全相同的半五角棱镜S胶合而成的实体,其形状如图2.图中l′为干涉仪的错位量,P1面为光线的入射面,P2面和P3面为光线的反射面,P4面为半五角棱镜的胶合面,P5面为光线的出射面.半五角棱镜的形状参量如图3.

　　本文将对与干涉仪胶合有关问题进行分析研究.

　　2.1　干涉仪胶合

　　2.1.1　干涉仪胶合棱镜错位量的计算

　　假设系统要求的技术指标如下:

　　由光谱的最大光程差与光谱极限波数分辨率的关系,可知,该光谱仪需要的最大光程差为

　　假设系统采用m×m,像元尺寸为d/μm的CCD探测器,则CCD探测器单边能够接收到条纹的最大长度为

　　2.1.2　干涉仪胶合棱镜之间错位量的控制