转盘切换多波长干涉仪的制作方法

本技术涉及干涉仪领域，尤其涉及一种转盘切换多波长干涉仪。

背景技术：

1、法布里-珀罗干涉仪(fpi)系统是利用以无线电与光学手段等为技术支持的地基探测设备对大气风场与温度开展被动光学探测的重要手段之一，与进行主动探测所利用的中频雷达、甚高频雷达、流星雷达以及激光雷达等装置相比，无需稳定的激光发射源，具有体积较小、结构简单、成本低廉、灵活度高等优势，且具有更高的探测高度。

2、fpi系统主要对波长为892nm的羟基气辉辐射、波长为557.7nm的氧原子绿线气辉辐射、波长为630.0nm的氧原子红线气辉辐射、波长为589.3nm的钠原子气辉辐射等夜气辉谱线进行观测。根据fpi系统所能观测的气辉谱线种类数，可以将目前的fpi系统分为两大类：单通道fpi系统和多通道fpi系统，其中多通道fpi系统又包括双通道fpi系统和三通道fpi系统两种。

3、传统的多通道fpi系统实现观测波段切换的方式主要包括：

4、①通过在主光轴上位于fp标准具后方、聚焦物镜前方的位置增加分光镜结构，使单束光线分裂为多束，并在不同的光束后方设置对应波段的滤光片，再调整好不同光路、不同波段的光束在其对应的ccd传感器平面上成像所需的聚焦物镜焦距、ccd相机与聚焦物镜之间的距离等参数。

5、这种方式的优点在于：原理较为简单，且可以实现对不同波段气辉辐射的同步观测，提高了观测效率，利于有针对性地选取适合当前光路所观测波段的气辉成像的ccd相机，减少了由于ccd相机自带的暗电流等因素造成的误差。

6、该方式的缺点在于：结构复杂，需要在分光镜结构之后搭建多个分光路，再根据不同光路对应的不同波长设置后续聚焦物镜焦距、ccd相机与聚焦物镜之间的距离等参数，搭建过程较为复杂，且每一个光路都需要架设一个ccd相机，成本非常高且占地体积较大，气辉辐射强度本就较弱，又由于分光镜的存在，导致后续每条分光路上的光强进一步降低，系统成像的信噪比大大降低，且这种方式不具备良好的可更改性，如果要更换观测的气辉谱线，则后续分光路需重新搭建。

7、②通过在光学接收系统后方增加携带有滤光片的滤波轮结构实现气辉谱线的切换，将聚焦物镜放置于一个由电机驱动、可以沿着主光轴方向进行前后移动的平台上，在切换观测气辉谱线时，移动平台改变聚焦物镜在光轴上的位置，利用改变光束光程的原理将像面位置重新聚焦于ccd传感器处。

8、该方式的优点在于：结构简单，不需要搭建多个分光路，通过一个光路即可实现对于多种气辉谱线的观测，具备良好的可更改性，如果要更换观测的气辉谱线，则仅需改变滤光片并计算需要对其进行像面位置补偿的光程，然后通过驱动电机对平台移动相应的距离即可实现。

9、该方式的缺点在于：无法实现对不同波段气辉辐射的同步观测，由于通过移动聚焦物镜改变光束光程的方式使得成像面落于ccd传感器平面上，在移动聚焦物镜的过程中可能会出现聚焦物镜的损坏及聚焦物镜位置或方向发生偏移等问题，且当需要补偿的光程增大时，平台需要移动的距离也会增大，可能导致系统尺寸变大，成本上升，此外由于驱动载有聚焦物镜的平台的电机自身空间分辨率有限，在改变光束光程的过程中可能会出现较大的误差，且随着使用时间的增长，电机会发生老化，进行像面位置补偿时的稳定性也会大大降低，进而影响后续观测成像的图案和反演所得大气风场、温度数据的精度。

10、综上，寻求一种新的可切换三波长fpi光学系统，使得在切换观测气辉谱线并对其进行像面位置补偿的过程中具有较好的稳定性和较高的精度，从而提升成像结果的信噪比，减小后续反演大气风场、温度的误差，就显得尤为重要。

技术实现思路

1、本实用新型主要目的在于提供一种可方便实现不同波段气辉辐射的同步观测的多波长干涉仪。

2、本实用新型所采用的技术方案是：

3、提供一种转盘切换多波长干涉仪，包括沿光路方向依次设置的光学接收系统、滤光补偿系统及干涉成像系统；

4、所述光学接收系统包括转台和定焦透镜，所述定焦透镜固定在所述转台内；该转台可绕光轴进行360°旋转；

5、所述滤光补偿系统包括多个干涉滤光片、多孔滤光片轮盘、像面位置补偿薄透镜；每个干涉滤光片均安装于所述滤光片轮盘对应的孔中，所述滤波片轮盘在外部电机控制下转动并切换不同波长的干涉滤光片，像面位置补偿薄透镜安装于置于所述多孔滤光片轮盘上，且置于需补偿像面位置的干涉滤光片前方；

6、所述干涉成像系统包括准直物镜、法布里－珀罗标准具、聚焦物镜以及ccd相机。

7、接上述技术方案，所述定焦透镜的视场角为5°

8、接上述技术方案，在所述转台内部后侧固定所述定焦透镜。

9、接上述技术方案，所述滤光补偿系统包括三个干涉滤光片，分别对应波长为892nm的羟基气辉辐射、波长为557.7nm的氧原子绿线气辉辐射和波长为630.0nm的氧原子红线气辉辐射。

10、接上述技术方案，所述像面位置补偿薄透镜置于630.0nm气辉辐射所对应的干涉滤光片前方。

11、接上述技术方案，所述像面位置补偿薄透镜为厚度为3.0mm、透镜前曲率半径为r＝-6320mm的负透镜，其透镜光学均匀性为3，光吸收系数为2，应力双折射为3，条纹度为1c，气泡度为1c。

12、接上述技术方案，所述聚焦物镜安装于干涉仪的光学系统主光轴的固定位置处。

13、接上述技术方案，该干涉仪为测风仪。

14、本实用新型产生的有益效果是：本实用新型通过可切换滤波片的轮盘，降低了fpi系统进行多通道探测的设备成本，减小了多通道fpi系统的体积大小，极大地简化了多通道fpi系统的设计结构，提升了后续可能对其他波段气辉辐射进行探测时系统的可灵活更改性；且通过像面位置补偿薄透镜实现对切换观测气辉波段时的光程补偿，解决了切换观测波段时成像面无法准确落在ccd传感器平面处的问题，且去除了移动过程及电机老化可能带来的误差，提高了干涉图像的信噪比，从而提高了测量精度，可改善后续对大气风场及温度进行反演的精度。

技术特征：

1.一种转盘切换多波长干涉仪，其特征在于，包括沿光路方向依次设置的光学接收系统、滤光补偿系统及干涉成像系统；

2.根据权利要求1所述的转盘切换多波长干涉仪，其特征在于，所述定焦透镜的视场角为5°。

3.根据权利要求1所述的转盘切换多波长干涉仪，其特征在于，在所述转台内部后侧固定所述定焦透镜。

4.根据权利要求1所述的转盘切换多波长干涉仪，其特征在于，所述滤光补偿系统包括三个干涉滤光片，分别对应波长为892nm的羟基气辉辐射、波长为557.7nm的氧原子绿线气辉辐射和波长为630.0nm的氧原子红线气辉辐射。

5.根据权利要求4所述的转盘切换多波长干涉仪，其特征在于，所述像面位置补偿薄透镜置于630.0nm气辉辐射所对应的干涉滤光片前方。

6.根据权利要求5所述的转盘切换多波长干涉仪，其特征在于，所述像面位置补偿薄透镜为厚度为3.0mm、透镜前曲率半径为r=-6320mm的负透镜，其透镜光学均匀性为3，光吸收系数为2，应力双折射为3，条纹度为1c，气泡度为1c。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的转盘切换多波长干涉仪，其特征在于，所述聚焦物镜安装于干涉仪的光学系统主光轴的固定位置处。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的转盘切换多波长干涉仪，其特征在于，该干涉仪为测风仪。

技术总结
本技术公开了一种转盘切换多波长干涉仪，包括沿光路方向依次设置的光学接收系统、滤光补偿系统及干涉成像系统；光学接收系统包括转台和定焦透镜；滤光补偿系统包括多个干涉滤光片、多孔滤光片轮盘、像面位置补偿薄透镜；滤波片轮盘在外部电机控制下转动并切换不同波长的干涉滤光片，像面位置补偿薄透镜安装于置于多孔滤光片轮盘上，且置于需补偿像面位置的干涉滤光片前方；干涉成像系统包括准直物镜、法布里－珀罗标准具、聚焦物镜以及CCD相机。本技术可大大提升了FPI系统进行多波段观测的工作效率和像面位置补偿的精度，且结构简单、体积较小，可以有效地降低实际应用中的设计与工程成本。

技术研发人员：谷升阳,曾昱博,魏亚飞
受保护的技术使用者：武汉量子技术研究院
技术研发日：20231017
技术公布日：2024/6/13