转镜式光谱仪端反射镜误差容限分析

　　0　引言

　　相对于动镜扫描型干涉光谱仪,转镜式干涉光谱仪由于采用转镜代替直线运动的动镜,因而提高了稳定性和可靠性,并且具有许多动镜扫描型干涉光谱仪所没有的优点.转镜是此类光谱仪的核心部件,然而端反射镜和折转反射镜也相当重要,其安装精确与否也对光谱仪性能产生重大影响.杨晓许等[1]对转镜式干涉光谱仪中的转镜和反射镜的误差容限进行过分析,其中对反射镜的分析采用了针对于动镜扫描型干涉光谱仪平动镜误差容限的分析方法[2].相里斌等[2]在考虑到平动镜倾斜导致垂直光轴方向因不同光线而引入的偏移光程差时,假定光束沿原路返回,而实际上反射镜倾斜会导致光束偏转.本文首先简要回顾转镜式干涉光谱仪的基本原理,而后深入分析倾斜导致光束偏转时光程差的变化,详细计算和讨论端反射镜的倾斜误差容限.折转反射镜倾斜误差容限分析与端反射镜类似,本文不再赘述.此外本文分析方法亦可用于动镜扫描型干涉光谱仪中的平动镜误差容限分析.

　　1　基本原理

　　转镜式干涉光谱仪结构如图1.图中FS代表视场光阑(Field Stop), LC代表会聚镜(CollimatingLens),LF代表收集镜(FocusingLens),BS代表分束镜(Beamsplitter),M代表折转反射镜(FoldMirror),ME代表端反射镜(End Mirror), D代表探测器(Detector), R代表转镜(Rotor).

　　目标光束经前置望远光学系统变成平行光束,然后投射到分束器BS上分为反射和透射两路光束,反射光束和透射光束分别经折转反射镜M、穿过转镜R到达端反射镜ME后,再返回穿过转镜R,经折转反射镜M后回到分束器BS.再次透射和反射形成两路光束,一路返回目标,另一路穿过收集镜LF被探测器D接受.当反射光束和透射光束通过转镜时,由于相对于转镜的入射角不同,两路光束的光程不同,从而形成了光程差.随着转镜的转动,光程差的大小逐渐变化,干涉强度也随着逐渐变化.

　　选择在线性度较好的区域内等时间间隔地测量即可得到一系列干涉强度值.

　　2　端反射镜ME倾斜误差容限分析

　　2. 1　理论分析

　　如果端反射镜ME装校不好,与入射平行光不能严格垂直,将会出现如图2的情况.D为光束孔径,θ为倾斜角,C点为倾斜点,d为倾斜点与光束中心的距离.

　　可以看出,由倾斜导致光束偏转带来的误差分为三部分:1)光束偏转导致整体增加的恒定光程差xc; 2)沿ξ轴因不同光线而引入的偏移光程差δx;3)光束中心相对于光轴的偏移量m;以光轴处的光程差xo为基准,设从端反射镜ME到探测器D的光路路径长度为L,则可得

　　对波数为ν的单色光来说,在无倾斜的理想情况下,探测器接收到的干涉图为