干涉仪的微应力安装力学分析以及试验结果

　　0　引言

　　目标辐射或者反射的光进入光谱仪后,会产生干涉图,对获取的干涉图进行修正、切趾、滤波以及Fourier变换,可以得到目标的光谱图.

　　将成像光谱仪搭载到运动平台上,通过平台的运动对目标进行推扫,可以同时获得一维的光谱信息和两维的空间信息.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.成像光谱仪采用不同的技术原理,获取不同方式的数据立方体.文献[1]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-干涉图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,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.

　　空间调制型成像光谱仪[2-3]中没有运动部件,结构稳定,在工程上得到广泛的应用.本文针对空间调制型干涉成像光谱仪装校中的问题,提出了微应力装调结构,并通过力学环境试验,证明了该装调方法的可行性.

　　1　空间调制型成像光谱仪原理

　　空间调制型成像光谱仪主要有三种:Michlson干涉法、三角共路干涉法和双折射干涉法.本文研究基于三角共路干涉法的Sagnac干涉仪空间调制型干涉成像光谱仪.该成像仪的光学系统可以分为防辐照玻璃、前置镜系统、Sagnac干涉仪、傅氏镜系统、柱面镜系统和面阵CCD探测器系统.原理如图1.

　　Pre-optical system(前置镜系统)将目标成像于Fourier transform lens system (傅氏镜系统)的前焦面上;slit (狭缝)处于傅氏镜的前焦面上;Sagnacinterferometer (Sagnac干涉仪)是将狭缝处的目标像剪切成两个虚像,这两个虚像相互平行,都处于傅氏镜的前焦面上,经过傅氏镜系统后产生等厚干涉条纹,它们经cylindrical lens system (柱面镜系统)后在狭缝长度方向上汇聚;面阵CCD探测器位于傅氏镜系统和柱面镜系统共同焦面上.由于它的行垂直于狭缝长度方向,每一行就得到了狭缝上不同位置点的干涉图.将成像光谱仪搭载在飞行器上,靠飞行器的运动得到另一维的空间信息[4-6].

　　由功能介绍可知,干涉仪是干涉成像光谱仪中的重要部分.它以展开平板的形式与傅氏光学系统一起校正相差,其成像质量优劣直接影响了光谱仪的空间分辨率,同时干涉仪为整个系统提供了虚拟相干光源,通过傅氏光学系统后,在傅氏光学系统的出瞳面上形成两个具有极小夹角的相干平面波[7],这两个平面波干涉形成干涉条纹.相干平面波的波相差决定着干涉图的质量,最终决定着复原光谱的准确性.

　　为了获得质量较高的干涉图,就要求干涉仪剪切形成的相干平面波的波相差较小.影响波相差大小的因素很多,工程经验表明主要是干涉仪在加工中产生的面形变化以及在装调过程中存在应力.采用先进的生产工艺和先进的生产设备,可以很好的控制干涉仪的面形.在干涉仪的研制中,本文主要考虑干涉仪的设计和装调工艺,使得干涉仪在简单的装调过程中产生的装调应力较小.由于涉及到干涉成像光谱仪研制的具体技术,国内外的文献中很少有关干涉仪装调部分的介绍.本文将介绍干涉仪的微应力装调方法以及它的理论分析和试验结果.