CN103162833A - 一种可变光程数的干涉分光方法及应用该方法的干涉仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，包括以下步骤：1)收集目标辐射光并进行准直处理，将目标辐射光转变为平行光；2)将步骤1)的平行光通过分束器进行分光，得到透射光线和反射光线；3)透射光线和反射光线中的一支到达干涉仪静臂，经静臂反射后返回，经分束器后形成第一透射光线和第一反射光线；透射光线和反射光线中的另一支到达干涉仪动臂，经动臂反射后返回，经分束器后形成第二透射光线和第二反射光线；4)使到达干涉仪动臂的光线经过第一角镜处理后出射；5)使到达干涉仪静臂的光线经过第二角镜处理后出射；本发明的方法灵活可变光程数，以及校准精度相对低、测量时间短、易于工程实现的时间调制。

Description

一种可变光程数的干涉分光方法及应用该方法的干涉仪

技术领域

本发明属于光谱技术领域，涉及一种基于立方角镜实现固定和可变光程数的多光程干涉仪的分光方法以及应用该方法的干涉仪。

背景技术

光谱技术按照分光方式的不同可分为滤光片型、色散型、干涉型和计算层析型四种。干涉型是指利用干涉分光原理，被称为第三代分光技术。它具有高通量、多通道和高光谱分辨率的优点，而且光谱范围宽、波长精度高且杂散光低。目前国际上干涉型光谱技术渐渐成为研究和应用的主流。

已出现的干涉型光谱技术主要有三种：一种是基于迈克尔逊干涉仪的时间调制型(动态)；一种是基于横向剪切干涉仪的空间调制型(静态)；另一种是同样是基于横向剪切干涉仪的时空联合调制型(静态)。以这些技术为基础相继出现了多种干涉光谱仪，但是他们往往又各自存在缺陷。时间调制型干涉光谱仪通量高、信噪比高，特别是光谱分辨率可以依靠角镜的直线运动产生很大的光程差而做到很高，可远远超过目前任何其他种光谱探测技术，但是因为角镜运动中的速度和姿态控制对干涉仪的校准精度要求很高，因而光机稳定度较差。为了既保留干涉型光谱技术的优势，又可获取高光谱分辨率，人们对时间调制干涉光谱仪的研究一直兴趣未减。

但是传统的迈克尔逊干涉仪存在两个主要问题：①一般需辅助光路，结构复杂；②稳定性差，环境适应能力和抗干扰能力低。这是因为一方面在传统迈克尔逊直线型动镜干涉仪中，动镜为平面镜，在运动过程中如果发生倾斜，将严重影响干涉效率，甚至不能产生干涉；它对动镜运动的方向性要求也极其严格，故在直线型动镜干涉仪中需设置辅助光路，即利用激光对动镜运动的方向准确性、速度均匀性、位移量等进行实时精确监测和修正。但是这种辅助光路同时增大了仪器的结构复杂性和实施的难度。另一方面，因为对动镜匀速平稳运动且对倾斜晃动要求很高，所以干涉仪对动镜的控制要求有一套高精度的动镜驱动***。但是在实际的工程研制过程中，实现高精度的动镜直线驱动和支撑***仍然相当困难。另外，动镜直线往复运动对运动轨道的加工工艺依赖性较强，虽然激光辅助光路在很大程度上减少了外界环境如抖动或震动对测量效果的影响，但是这种影响只能减弱并不能完全消除，致使***稳定性差，降低了此类光谱仪适应恶劣环境的能力和抗干扰能力。

针对时间调制型干涉光谱仪的动态稳定性问题人们提出了多种解决途径和方案。为避免平面镜运动过程中倾斜的问题，干涉仪中的动镜往往被其他抗倾斜的反射镜替代，如二面角镜(实心直角棱镜、屋脊棱镜或空心二面直角反射镜)、立方角镜(实心立方棱镜或空心三面直角平面镜)、猫眼镜等。如果将以上三种反射器分别同时替代迈克尔逊干涉仪的动镜和定镜时，尽管对倾斜都不敏感，但都会遇到反射器横移的问题。传统利用单个立方角镜限于仅至多实现双倍程，即立方角镜位移量x，光程差变化4x，此时光谱分辨率提高到传统迈克尔逊干涉仪的约2倍，或者相当于在实现传统迈克尔逊干涉仪同等光谱分辨率的条件下测量时间和动镜位移量减小到约1/2；或者利用双立方角镜仅限于实现四倍程，即角镜位移量x，光程差变化8x，此时光谱分辨率提高到传统迈克尔逊干涉仪的约4倍，或者相当于在实现与传统迈克尔逊干涉仪同等光谱分辨率的条件下测量时间和动镜位移量减小到约1/4。动镜位移量的减小有利于对动镜实现精确的姿态和驱动控制，相反位移量的增大会相应地增加测量时间和位移，从而增大干涉仪角镜驱动和支撑***的设计难度，对导轨的结构设计要求和工艺要求更加严格。目前还没有出现过光程数可变的干涉仪装置。

发明内容

为了解决现有技术的干涉仪存在光谱分辨率低、校准精度要求高以及稳定性差的问题，本发明提供了一种灵活可变光程数，以及校准精度相对低、测量时间短、易于工程实现的时间调制型多光程干涉仪分光方法以及应用该方法的干涉仪。

本发明所采用的技术方案是：一种可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特殊之处在于：所述分光方法包括以下步骤：

1)收集目标辐射光并进行准直处理，将目标辐射光转变为平行光；

2)将步骤1)的平行光通过分束器进行分光，得到透射光线和反射光线；

3)透射光线和反射光线中的一支到达干涉仪静臂，经静臂反射后返回，经分束器后形成第一透射光线和第一反射光线；透射光线和反射光线中的另一支到达干涉仪动臂，经动臂反射后返回，经分束器后形成第二透射光线和第二反射光线；

4)使到达干涉仪动臂的光线经过第一角镜处理后出射；

5)使到达干涉仪静臂的光线经过第二角镜处理后出射；

6)将步骤4)经过第一角镜处理出射的光线，分别经第二透射光线和第二反射光线以及第一反射光线和第一透射光线形成干涉信号。

上述步骤4)的具体步骤是：

4.1)将入射于第一角镜的到达干涉仪动臂的光线从第一角镜出射后经过第一反射器反射回第一角镜；

4.2)步骤4.1)反射回第一角镜的光线经第一角镜出射后再通过第二反射器反射回第一角镜；其中，第二反射器绕第一角镜的对称轴顺时针或逆时针旋转，形成变化的光程数；

4.3)经过第一反射器或第二反射器反射的反射光返回第一角镜后再经第一角镜反射后全部出射。

上述步骤5)的具体步骤是：

5.1)将入射于第二角镜的到达干涉仪静臂的光线从第二角镜出射后经过第一反射器反射回第二角镜；

5.2)步骤5.1)反射回第二角镜的光线经第二角镜出射后再通过第二反射器反射回第二角镜；其中，第二反射器绕第一角镜的对称轴顺时针或逆时针旋转，形成变化的光程数；

5.3)经过第一反射器或第二反射器反射的反射光返回第二角镜后再经第二角镜反射后全部出射。

上述步骤5)到达干涉仪静臂的光线由平面反射镜直接反射，使其原路返回，返回的光线经分束器后形成第一透射光线和第一反射光线。

上述步骤4.1)第一反射器摆放方式是第一反射器的相交棱所在的平面过第一角镜的顶点，所述平面平行于入射光线，入射到第一角镜的光线在其内部经过3次反射后出射，出射光线与入射光线平行并关于第一角镜的顶点对称。

上述步骤4.2)第二反射器的摆放方式是第二反射器的相交棱所在的平面过第二角镜的顶点，且该平面平行于入射光线。

上述方法还包括步骤7)对步骤6)的干涉信号进行数据处理和分析，并输出结果；所述数据处理包括干涉图裸数据的预处理、误差修正、光谱响应度定标修正、辐射度定标修正以及傅里叶变换，完成光谱的复原过程，获取目标的光谱或光谱图像。

一种可变光程数的多光程干涉仪的分光方法的干涉仪，其特殊之处在于：所述干涉仪前置光学***、分束器、动臂多光程组件、静臂多光程组件、会聚镜，所述前置光学***、分束器以及静臂多光程组件设置在同一光路上；所述动臂多光程组件、会聚镜与分束器设置在同一光路上。

上述动臂多光程组件包括第一角镜和第一折返镜组；第一折返镜组设置于第一角镜的出射光路上；所述静臂多光程组件包括第二角镜和第二折返镜组；第二折返镜组设置于第二角镜的出射光路上。

上述前置光学***包括使目标辐射转变为平行光线的沿光线入射方向依次设置的会聚透镜、光阑和准直透镜。

上述干涉仪还包括探测器***和数据处理***，所述探测器***与会聚镜设置在同一光路上，所述数据处理***与探测器***连接。

上述第一折返镜组、第二折返镜组包括多个反射器，所述多个反射器是一体式或合体式；所述多个反射器是二面角镜、立方角镜或猫眼镜。

上述第一角镜和第二角镜是直线往复运动的单个、两个立方角镜或者多个立方角镜阵列形式。

本发明的多光程干涉仪分光方法及干涉仪，具有以下优点：

1、突破了以往实际使用干涉光谱仪光程数量的极限。以往的多光程干涉仪中光路的形成受到光线视场角、光束口径、光机结构的设计和工艺要求以及探测器灵敏度等的限制，而使得四倍程(即8程，角镜位移量x，光程差变化8x；指是传统迈克尔逊干涉仪的四倍)成为实际干涉仪光程数的合理极限。而且该四倍程是依靠两个反射器运动实现的。本发明利用立方角镜干涉仪中的单个立方角镜和折返镜组的组合构型形成了光路多次折叠，形成了如6程、12程、16程、20程、24程、28程、36程、72程等，可远远超出过去最大的8程。而且此时立方角镜干涉仪中的其他光机器件和结构都几乎不需要做改变和调整，而光线视场角和口径也在实用的干涉仪设计范围内。

2、可实现变化光程数的多光程干涉仪。即可利用多光程干涉仪装置中的某一反射镜的旋转产生变化的光程。当旋转多光程组件中直角反射镜时，同一方位入射的光束在角镜和折返镜组之间的反射次数会增多，从而使得光程数增加，即光程增大，而且在较小的角度光程数量呈倍数的增加。当需要增加光程数(即变化光程数)时，只需要转动折返镜组中的某一个反射镜即可实现。

3、可大大提高干涉仪的光谱分辨率。由于可利用多光程干涉仪装置中的直角反射镜的旋转产生变化的光程，使得单个立方角镜的光路可折叠3次(6程)以上，产生的光程差也在传统迈克尔逊干涉仪的3倍以上，从而使得干涉仪的光谱分辨率比传统迈克尔逊干涉仪提高3倍以上，比过去的以相同个数立方角镜为动镜的立方角镜干涉仪的光谱分辨率提高1.5倍或者3倍及以上。

4、降低了对时间调制型干涉仪中动镜的控制驱动难度。由于以往为了获取高光谱分辨率，必须将角镜的有效行程加到很长，即便在目前最高的四倍程情况下角镜的有效行程仍然超过0.5m，这对角镜的驱动控制精度提出了很高的要求，因而这也阻碍了角镜式干涉光谱仪的发展。而采用本方法的方案时，在获取相同光谱分辨率的条件下，角镜移动的有效行程则缩短为原来的1/3或者更低，这就大大减小了对角镜直线运动过程中的姿态和速度均匀性控制的时间和工作量，也相应减小了外界环境干扰对干涉图可能造成的影响。

5、降低了对时间调制型干涉仪中角镜的支撑***设计难度，增加了设计方法的多样性。在获取相同光谱分辨率的条件下，角镜直线运动的行程相比过去都大有减少，从而降低了对支撑轨道的工艺要求和难度，而且使得有些只适应较短行程的支撑方法(如记忆合金、片簧、压电陶瓷等)可能开始应用于原先不适宜的场合，从而提高了角镜支撑***设计的多样性，降低了设计难度。

6、干涉仪获取干涉图的测量时间大大缩短，提高了测量的实时性，也提高了对运动目标探测的适应性。在获取相同光谱分辨率的条件下，由于角镜的行程变短，使得获取干涉图的时间缩短，从而使得干涉仪对慢速运动目标不敏感，提高了实时测量的效率。

7、便于小型化和轻量化。由于在获取同等光谱分辨率条件下，角镜的行程变短，从而减小了角镜的支撑***尺寸，而且干涉仪的新结构部分并不会较大程度上对干涉仪的结构、体积和重量造成影响，从而使得干涉仪的结构变得更加紧凑和稳定，十分便于小型化和轻量化。

8、易于工程实现。因为一方面在干涉仪中保留了作为动镜的立方角镜，也即保留了立方角镜在降低干涉仪校准精度方面和增强干涉仪的抗干扰能力方面的优势；另一方面，干涉仪新结构部分是固定的，几乎不会降低干涉仪在这两个方面的性能，同时又几乎不会对干涉仪其他光机结构部件造成影响。这样，只需要对过去的立方角镜干涉仪做较小改动，就可以完成按本发明方法设计的干涉仪。而且因为同等分辨率条件下行程短，降低了对干涉仪中角镜的控制驱动和支撑***的设计难度、增加了设计方法的多样性，使得按照本发明方法设计比过去时间调制型干涉仪更能适应恶劣环境，更适合航空、航天等环境。

附图说明

图1为本发明干涉仪的结构示意图；

图2为本发明的多光程形成原理示意图。

图中：1-第一角镜，2-第一折返镜组，3-第一反射器，4-第二反射器，5-第二角镜，6-第二折返镜组，7-第一直角反射镜，8-第二直角反射镜，9-分束器，10-前置光学***，11-会聚镜，12-探测器，13-计算机处理***，101-准直透镜，102-光阑，103-会聚透镜，14-动臂多光程组件，15-静臂多光程组件。

具体实施方式

参见图1、图2，本发明所涉及的实现固定和可变光程数的多光程干涉仪分光方法，其主要由以下步骤实现：

1)将目标辐射光进行收集、准直处理，将目标辐射光转变为平行光；

2)将步骤1)的平行光分束后形成透射光线和反射光线；

3)透射光线和反射光线中的一支到达干涉仪静臂，经静臂反射后返回，经分束器后形成第一透射光线和第一反射光线；另一支到达干涉仪动臂，经动臂反射后返回，经分束器后形成第二透射光线和第二反射光线；

4)到达干涉仪动臂的那一支光线经过第一角镜1处理，其具体由以下步骤实现：

4.1)将入射于第一角镜1的光线从第一角镜1出射后经过第一反射器3反射回第一角镜1；

4.2)返回第一角镜1的光线经第一角镜1出射后再通过第二反射器4反射回第一角镜1；

4.3)经过第一反射器3或第二反射器4反射的反射光返回第一角镜1后再经第一角镜1反射后全部出射。

5)到达干涉仪静臂的那一支光线经过第二角镜5处理，该处理方法与步骤4)完全相同或类似，或由平面反射镜直接将入射到静臂的光线反射，使之原路返回；光线经分束器9后形成第一透射光线和第一反射光线；

6)：步骤4)出射的光线再经分束处理后的第二透射光线和第二反射光线和步骤4的第一反射光线和第一透射光线分别形成干涉信号。

还可以包括7)：对步骤6)的干涉信号进行数据处理和分析并输出结果。主要包括干涉图裸数据的预处理、误差修正、光谱响应度定标修正、辐射度定标修正，以及傅里叶变换等，完成光谱的复原过程，获取目标的光谱，或光谱图像。

本发明的步骤1、步骤2、步骤3、步骤5以及步骤6均可采用现有的方法处理。

本发明的步骤4.1)的具体实现方法是：入射到角镜1的光线，经过第一角镜1内部三次反射后出射，此出射光线被第一反射器3反射返回到第一角镜1。这里的第一反射器3可以采用直角反射器；摆放位置要求能够使得光线被其反射后按照原方向返回，其较佳摆放方式是第一反射器3的相交棱所在的平面过第一角镜1的顶点，且该平面平行于入射光线。入射到第一角镜1的光线在其内部经过3次反射后出射，出射光线与入射光线互相平行，且关于第一角镜1的顶点对称。

步骤4.2)的具体实现方法是：步骤4.1完成后返回角镜1的光线在第一角镜1内经三次反射后出射至第二反射器4；这里的第二反射器4可以采用直角反射器。第二反射器4的摆放位置要求能够使得光线被其反射后按照原方向返回。其较佳摆放方式是第二反射器4的相交棱所在的平面过第一角镜1的顶点，且该平面平行于入射光线。

步骤4.3)的具体实现方法是：4.2)或4.1)中返回第一角镜1的光再经第一角镜1反射后全部出射；也可以是从步骤4.1后直接进入步骤4.3。此时第二反射器4的摆放位置是：其相交棱与第一角镜1其中一个面的对角线共面。这样，进去的一路光，经第一角镜1、第一反射器3和第二反射器4按上述方法处理后，以12程光路出射，这样就实现了12程光路的目的。根据第一角镜1的尺寸大小确定光源的口径，光源可以是普通光源。

4.4)步骤4.3)中第二反射器4可绕第一角镜1对称轴顺时针或逆时针旋转，同一方位入射的光束在角镜和折返镜组之间的反射次数会增多，从而使得光程数增加，即光程增大，而且在较小的角度光程数量呈倍数的增加，从而可形成很多不同程的光路，产生变化的光程数，例如16程、20程、24程、28程、36程、72程，等等。这样，对不同光源来说，可以根据光源口径大小很方便的得到更多的光程，从而提高探测灵敏度或光程差，也可根据变化的光程对探测目标和仪器进行参数对比。

4.5)经步骤4.3)出射的光线再经过位于步骤4.3)或步骤4.4)的出射光路上的第三反射器的反射使其按原方向返回，经角镜反射，光路折叠多次出射，从形成更多程光路，这里的第三反射器可以是直角反射器。

4.6)重复上面的步骤，重复N次，使光路折叠多次出射，N为自然数。将从步骤4.5)中角镜1出射的光线再经过位于步骤4.5)的出射光路上的第四反射器的反射，返回第一角镜1，使得光线发生移位，但仍然按原方向返回到角镜后出射，也就是说，按照与原来光束在第一角镜1和折返镜组2之间的传播方向相反的方向返回，但不是原路返回，该第一折返镜组2是由上述的第一反射器3、第二反射器4、第三反射器、第三反射器和/或平面镜等组成。这里的第四反射器可以是直角反射器。

4.7)将步骤4.4)处理后得到的出射光再经过平面反射镜反射后使得其按原路返回，使光路多次折叠后出射。将从第一角镜1出射的光线再用平面反射镜反射，使得光路按原路返回，则即可形成更多程的光路。此时的光程数量也会受到第一角镜1和第一折返镜组2中反射器的尺寸、光束的口径和视场角、以及光线的能量损失限制。

4.8)将步骤4.6)出射的光线再经过平面反射镜反射后使其按原路返回，使光路再折叠多次后出射。

本发明的步骤5的具体实现方法是：到达干涉仪静臂的那一支光线经过角镜处理，该处理方法与步骤4完全相同，即或干涉仪静臂多光程组件与动臂多光程组件的结构相同，或采用步骤4中使得入射到干涉仪静臂的光线原方向或原路返回的步骤，或由平面反射镜直接将入射到静臂的光线反射，使之原路返回；光线经分束器9后形成第一透射光线和第一反射光线。

参见图1，图2，本发明所涉及的一种利用上述多光程干涉仪分光方法的干涉仪，其较佳实施方式为：包括依次设置于光的传播路线上的前置光学***10、分束器9、动臂多光程组件14、静臂多光程组件15、会聚镜11、探测器***12和数据处理***13，其中动臂多光程组件14与静臂多光程组件15采用相同的结构，动臂多光程组件14包括第一角镜1和第一折返镜组2；第一折返镜组2设置于第一角镜1的出射光路上；静臂多光程组件15包括第二角镜5和第二折返镜组6；第二折返镜组6设置于第二角镜5的出射光路上。

前置光学***10包括依次设置的会聚透镜101、光阑102和准直透镜103，目标光主要由会聚透镜101会聚，光阑102滤光限制会聚透镜103像面的形状，并防止杂散光，再由准直透镜103准直，使经过前置光学***10的光变成平行光。前置光学***10可采用折射、折反射和全反射等各种形式，其目的是使目标辐射转变为平行光线。若应用于激光光源或扩束后的激光光源，则此前置光学***10可省去。

分束器9是将经准直后的平行光分成第一透射光线和第一反射光线；第一透射光线和第一反射光线的强度取决于分束器9的半透半反分光膜，例如金属膜或介质膜均可，可见、红外、紫外波段亦可，可以根据具体要求设计进行选择，并达到分束的目的。按照光线行进的方向，第一透射光线和第一反射光线分别达到干涉仪的动臂和静臂，或者静臂和动臂。

经分束器9后的反射光线达到动臂多光程组件14；其中多光程组件14的第一折返镜组2可以设置为合体式的，也可以设置为分体式，方便光机设计和器件安装加工。第一角镜1是干涉仪中的运动部件，根据不同干涉仪构型特征可以采用单个、两个立方角镜，或者多个立方角镜阵列形式，且可直线来回往复运动。第一折返镜组2是固定的，包括多个反射器，即反射器可以是第一反射器、第二反射器；第一反射器和/或第二反射器可以是二面角镜(实心直角棱镜、屋脊棱镜或空心二面直角反射镜)，也可以采用立方角镜(实心立方棱镜或空心三面直角平面镜)、猫眼镜等；根据应用环境设置其分部个数；各个反射器可以设置为分体式，也可以设置为合体式。参见图2，立方角镜形成多光程的原理，光线在多光程组件14中形成往复多次反射，形成了12程光路。当立方角镜沿直线运动位移x时，干涉仪的光程差变为12x。第一折返镜组2中各反射器件的空间位置原则上除了要求入射到它们的光束能平行反方向出射，还要求它们不互相阻挡光束的传播。一般情况下，沿经分束后光束入射到动臂的方向，各反射器件处于对称轴上的顶点与角镜的顶点重合。第一折返镜组2中各反射器件的空间摆放位置由经分束后光束入射到动臂的方向、角镜的中心对称轴和角镜的有效通光口径确定。最佳空间摆放位置原则上要求经分束后光束入射到动臂的方向与角镜的中心对称轴平行。第一折返镜组2中反射器数量、种类、空间位置的摆放和排列组合等可以有多种变化时。不过无论第一折返镜组2的形式如何变化，改变光线传播的方向和路径，使光线在立方角镜的各个分区范围内传播并折叠是其主要目的。

动臂多光程组件14或静臂多光程组件15中，可利用其中的第一直角反射镜4或第二直角反射镜8的旋转产生变化的光程。图2中当旋转第一直角反射镜4时，同一方位入射的光束会因在角镜和折返镜组之间的反射次数的增多，而发生光程的增加，而且在较小的角度光程数量呈倍数的增加。当旋转不同角度时，光程数还会继续增加或减少。如此，便产生了变化的光程。光程数的变化有利于开展对比实验和完成不同技术指标的要求，应用于高灵敏度的探测和复杂多变的场合需求，而仪器本身的体积、重量等则几乎没有发生变化。

分束器9后的第一透射光线经静臂多光程组件15，光线被原方向返回，再经分束器9后形成一束透射光线和一束反射光线，其中的反射光线经会聚镜11后到达探测器***12。静臂多光程组件15采用了与动臂多光程组件14相同的结构，不同的是静臂中的第二角镜5一般是固定的，在特殊要求时也可不固定；当第二角镜5不固定时，可起到与动臂多光程组件14中的第一角镜1相同的作用，即通过运动产生变化的光程。静臂多光程组件15也可被平面端反射镜或其它反射、透射等组合形式替代，如特伦反射***等代替，其作用旨在反射入射光线，使入射的光线按原方向返回。

反射光线在动臂多光程组件14与静臂多光程组件15中多次反射后沿原方向返回，然后到达分束器9。分束器9又将该返回光线分为第二透射光线和第二反射光线。第二透射光线经会聚镜11后到达探测器***12。

探测器12接收来动臂多光程组件14的第二透射光线与来自静臂多光程组件15的第一反射光线两者产生的干涉信号，并经滤波、放大、AD变换等电子学处理，得到数字信号输出。

本发明也可以增加计算机数据处理***13，对探测器***12获取的干涉信号进行数据处理和分析，包括干涉图裸数据的预处理、误差修正、光谱响应度定标修正、辐射度定标修正，以及傅里叶变换等，完成光谱的复原过程，获取目标的光谱，或高分辨率光谱图像。

上述形成的12程干涉仪的情况适用于在傅里叶变换光谱仪中，因为它的光线视场角、光束口径、光机结构的设计和工艺要求等在比较合理的设计范围内。大于12程的多光程干涉仪的情况更适用于激光干涉仪、激光吸收光谱仪等中，因为此时激光光源使得干涉仪光机结构的设计几乎不受光线视场角、光束口径等的限制。

Claims (13)

1.一种可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于：所述分光方法包括以下步骤：

1)收集目标辐射光并进行准直处理，将目标辐射光转变为平行光；

2)将步骤1)的平行光通过分束器进行分光，得到透射光线和反射光线；

3)透射光线和反射光线中的一支到达干涉仪静臂，经静臂反射后返回，经分束器后形成第一透射光线和第一反射光线；透射光线和反射光线中的另一支到达干涉仪动臂，经动臂反射后返回，经分束器后形成第二透射光线和第二反射光线；

4)使到达干涉仪动臂的光线经过第一角镜处理后出射；

5)使到达干涉仪静臂的光线经过第二角镜处理后出射；

6)将步骤4)经过第一角镜处理出射的光线，分别经第二透射光线和第二反射光线以及第一反射光线和第一透射光线形成干涉信号。

2.根据权利要求1所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于：所述步骤4)的具体步骤是：

4.1)将入射于第一角镜的到达干涉仪动臂的光线从第一角镜出射后经过第一反射器反射回第一角镜；

4.2)步骤4.1)反射回第一角镜的光线经第一角镜出射后再通过第二反射器反射回第一角镜；其中，第二反射器绕第一角镜的对称轴顺时针或逆时针旋转，形成变化的光程数；

4.3)经过第一反射器或第二反射器反射的反射光返回第一角镜后再经第一角镜反射后全部出射。

3.根据权利要求2所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于：所述步骤5)的具体步骤是：

5.1)将入射于第二角镜的到达干涉仪静臂的光线从第二角镜出射后经过第一反射器反射回第二角镜；

5.2)步骤5.1)反射回第二角镜的光线经第二角镜出射后再通过第二反射器反射回第二角镜；其中，第二反射器绕第一角镜的对称轴顺时针或逆时针旋转，形成变化的光程数；

5.3)经过第一反射器或第二反射器反射的反射光返回第二角镜后再经第二角镜反射后全部出射。

4.根据权利要求3所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于：所述步骤5)到达干涉仪静臂的光线由平面反射镜直接反射，使其原路返回，返回的光线经分束器后形成第一透射光线和第一反射光线。

5.根据权利要求4所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于：所述步骤4.1)第一反射器摆放方式是第一反射器的相交棱所在的平面过第一角镜的顶点，所述平面平行于入射光线，入射到第一角镜的光线在其内部经过3次反射后出射，出射光线与入射光线平行并关于第一角镜的顶点对称。

6.根据权利要求5所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于：所述步骤4.2)第二反射器的摆放方式是第二反射器的相交棱所在的平面过第二角镜的顶点，且该平面平行于入射光线。

7.根据权利要求1-6任一所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法，其特征在于：所述方法还包括步骤7)对步骤6)的干涉信号进行数据处理和分析，并输出结果；所述数据处理包括干涉图裸数据的预处理、误差修正、光谱响应度定标修正、辐射度定标修正以及傅里叶变换，完成光谱的复原过程，获取目标的光谱或光谱图像。

8.一种应用如权利要求1所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法的干涉仪，其特征在于：所述干涉仪包括前置光学***、分束器、动臂多光程组件、静臂多光程组件、会聚镜，所述前置光学***、分束器以及静臂多光程组件设置在同一光路上；所述动臂多光程组件、会聚镜与分束器设置在同一光路上。

9.根据权利要求8所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法的干涉仪，其特征在于：所述动臂多光程组件包括第一角镜和第一折返镜组；第一折返镜组设置于第一角镜的出射光路上；所述静臂多光程组件包括第二角镜和第二折返镜组；第二折返镜组设置于第二角镜的出射光路上。

10.根据权利要求9所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法的干涉仪，其特征在于：所述前置光学***包括使目标辐射转变为平行光线的沿光线入射方向依次设置的会聚透镜、光阑和准直透镜。

11.根据权利要求8或9或10所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法的干涉仪，其特征在于：所述干涉仪还包括探测器***和数据处理***，所述探测器***与会聚镜设置在同一光路上，所述数据处理***与探测器***连接。

12.根据权利要求11所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法的干涉仪，其特征在于：所述第一折返镜组、第二折返镜组包括多个反射器，所述多个反射器是一体式或合体式；所述多个反射器是二面角镜、立方角镜或猫眼镜。

13.根据权利要求12所述的可变光程数的多光程干涉仪的分光方法的干涉仪，其特征在于：所述第一角镜和第二角镜是直线往复运动的单个、两个立方角镜或者多个立方角镜阵列形式。

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