CN104949756A - 一种横向剪切干涉仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种横向剪切干涉仪，包括两块相同的半立方屋脊棱镜；半立方屋脊棱镜包括棱镜一和棱镜二；棱镜一为屋脊棱镜，屋脊棱镜包括两个直角面和一个斜面，两个直角面为屋脊面；棱镜二为直角棱镜，直角棱镜包括直角面一和直角面二；所述棱镜一的斜面设置在直角面一上，棱镜二的斜面为分束面，一个半立方屋脊棱镜的直角面二为入射面，另一个半立方屋脊棱镜的直角面二为出射面；本发明具有交互垂直的主截面，其胶合过程对齐方向和横向剪切方向不在一个平面内，产生的残留对齐误差不会带来剪切量的误差，因而可方便准确地实现干涉仪的胶合与剪切量的调整。

Description

一种横向剪切干涉仪
技术领域
本发明涉及一种横向剪切干涉仪，尤其涉及一种具有正交主截面的棱镜横向剪切干涉仪。
背景技术
高通量静态傅里叶变换成像光谱技术是目前国际上的研究热点，这类成像光谱仪其中的一种实现方式是在平行光路中放置横向剪切干涉仪实现等倾干涉成像，这种干涉成像的实现方式不受光学***相对孔径的制约及干涉域和成像面始终共面的技术特点，因而可实现大相对孔径高灵敏度的干涉光谱探测。
常用于这类光谱成像的横向剪切干涉仪多采用具有分束面的基于分振幅干涉的方式实现，结构型式有基于循环回路的Sagnac干涉仪，以Michelson干涉仪为基础的采用直角反射镜(或直角反射棱镜)或三面直角反射镜(或角锥棱镜)的干涉仪以及改进的Mach-Zehnder干涉仪。
基于循环回路的Sagnac干涉仪由于其共光路的技术特点从而可实现稳定的干涉图而广泛地应用于航天遥感仪器中，这种干涉仪分束与合束的两路光束走过相同的路径，从出射面出射的两束光其中一束两次透过分束面，另一束光从分束面两次反射，因此要求分束面要严格实现分光比及消偏振，这使得实现宽谱段分光的分光膜系设计实现非常严格，分光比及消偏振差异会使两出射光束强度不相等并因此降低了干涉分光效率。
基于Michelson光路的直角反射镜(或直角反射棱镜)或三面直角反射镜(或角锥棱镜)的横向剪切干涉仪产生的两束光在分束与合束的光路过程中分别透射一次和反射一次，因而两束出射光可实现等强度干涉，对分光膜系的要求较低，干涉效率高。当这种干涉仪采用实体形式的棱镜方式实现时具有结构紧凑，稳定性好，结构件夹持容易的技术特点。
基于Michelson光路的实体形式的分束器采用直角棱镜来实现分光，反射镜采用直角棱镜(或角锥棱镜)来实现横向剪切，要实现实体干涉仪的结构型式需要进行多次胶合，这种光路的横向剪切实现方向和光路走向均在主截面内，分束面的对齐方向与剪切方向同向，分束面在胶合过程中调整对齐误差时会带来横向剪切量的误差，因此难以保证仪器的参数要求。
发明内容
为了解决背景技术所述的问题，本发明提出了一种改进的棱镜横向剪切干涉仪，这种横向剪切干涉仪的棱镜具有正交的主截面，其胶合对齐方向和横向剪切方向不在一个平面内。
本发明的技术方案如下：
本发明的第一种技术方案：
横向剪切干涉仪，其特殊之处在于：
包括两块相同的半立方屋脊棱镜；
半立方屋脊棱镜包括棱镜一和棱镜二；棱镜一为屋脊棱镜，屋脊棱镜包括两个直角面和一个斜面，两个直角面为屋脊面；棱镜二为直角棱镜，直角棱镜包括直角面一和直角面二；所述棱镜一的斜面设置在直角面一上，棱镜二的斜面为分束面，一个半立方屋脊棱镜的直角面二为入射面，另一个半立方屋脊棱镜的直角面二为出射面；
两块半立方屋脊棱镜沿分束面胶合，相应的两块半立方屋脊棱镜的棱镜一的斜面垂直；
其中一块半立方屋脊棱镜相对应另一块半立方屋脊棱镜沿垂直于屋脊棱并平行于分束面的方向存在错位；
两块半立方屋脊棱镜分别为第一棱镜和第二棱镜，当入射光由第一棱镜中棱镜二的直角面二入射至分束面时，入射光的一部分经分束面反射形成反射光、另一部分经分束面透射形成透射光；
反射光入射至第一棱镜中棱镜一的屋脊面，再被这个棱镜一的屋脊面反射至分束面后，由第二棱镜的直角面二出射；
透射光入射至第二棱镜中棱镜一的屋脊面，再被这个棱镜一的屋脊面反射至分束面后，由第二棱镜的直角面二出射。
上述棱镜二为等腰直角棱镜。
棱镜一的斜面与棱镜二的直角面是全等的。
棱镜一与棱镜二是一体的。
半立方屋脊棱镜通光口径为D，棱镜一的厚度为c，棱镜二的直角面为边长为a的正方形，半立方屋脊棱镜的高为h；
a、c和D满足：a＝c＝D，h＝3/2a。
本发明的第一种技术方案：
横向剪切干涉仪，其特殊之处在于：
包括两块相同的半立方屋脊棱镜；
半立方屋脊棱镜包括棱镜一和棱镜二；棱镜一为屋脊棱镜，屋脊棱镜包括两个直角面和一个斜面，两个直角面为屋脊面；棱镜二为直角棱镜，直角棱镜包括直角面一和直角面二；所述棱镜一的斜面设置在直角面一上，棱镜二的斜面为分束面，一个半立方屋脊棱镜的直角面二为入射面，另一个半立方屋脊棱镜的直角面二为出射面；
两块半立方屋脊棱镜沿分束面胶合，相应的两块半立方屋脊棱镜的棱镜一的斜面垂直；
其中一块棱镜一沿垂直于自身的直角棱、且与该棱镜一相接触的面平行的方向存在错位；
两块半立方屋脊棱镜分别为第一棱镜和第二棱镜，当入射光由第一棱镜中棱镜二的直角面二入射至分束面时，入射光的一部分经分束面反射形成反射光、另一部分经分束面透射形成透射光；
反射光入射至第一棱镜中棱镜一的屋脊面，再被这个棱镜一的屋脊面反射至分束面后，由第二棱镜的直角面二出射；
透射光入射至第二棱镜中棱镜一的屋脊面，再被这个棱镜一的屋脊面反射至分束面后，由第二棱镜的直角面二出射。
上述棱镜二为等腰直角棱镜。
棱镜一的斜面与棱镜二的直角面是全等的。
棱镜一与棱镜二是分体的，棱镜一的斜面胶合于棱镜二的直角面上。
半立方屋脊棱镜通光口径为D，棱镜一的纵切面为等腰三角形，所述等腰三角形直角边的边长为c，棱镜一的厚度为h，棱镜二的直角面为边长为a的正方形，半立方屋脊棱镜的高为h；
a、b、c和D满足：a＝b＝h＝D，c＝1/2a。
本发明具有以下技术效果：
本发明改进了直角屋脊棱镜，形成了一种半立方屋脊棱镜，这种棱镜具有交互垂直的主截面，其胶合过程对齐方向和横向剪切方向不在一个平面内，产生的残留对齐误差不会带来剪切量的误差，因而可方便准确地实现干涉仪的胶合与剪切量的调整。
本发明的技术原理同时可以用两组两两相同的直角棱镜方式实现，因而可方便的实现更加简单的加工工艺。
附图说明
图1为半立方屋脊棱镜示意图；
图2为由两块半立方屋脊棱镜组成的横向剪切干涉仪示意图；
图3为采用直角棱镜方式的具有正交主截面的干涉仪示意图；
图4是图3的左侧视图(其中一个反射棱镜沿垂直于直角棱平行于分束面的方向移动一个量d的示意图)；
附图标记：1-棱镜一，2-棱镜二。
具体实施方式
本发明提供了一种横向剪切干涉仪，包括两块相同的半立方屋脊棱镜；半立方屋脊棱镜包括棱镜一1和棱镜二2，半立方屋脊棱镜是具有两个正交主截面的直角屋脊棱镜，屋脊面位于其中的一个直角面上，分光面位于斜面，且与一直角面之间的夹角为45°，且屋脊棱呈90°布置。
其中，棱镜二可以为直角棱镜，或为等腰直角棱镜；棱镜一的斜面与棱镜二的直角面可以是全等的。棱镜二为直角棱镜时，包括直角面一和直角面二，屋脊棱镜的斜面设置在直角面一上。
棱镜一与棱镜二可以是一体的，也可以是分体的，若棱镜一与棱镜二是一体的，则其中一块半立方屋脊棱镜相对应另一块半立方屋脊棱镜沿垂直于屋脊棱并平行于分束面的方向存在错位；若棱镜一与棱镜二是分体的，则其中一块棱镜一沿垂直于自身的直角棱、且与该棱镜一相接触的面平行的方向存在错位。
两块半立方屋脊棱镜分别为第一棱镜和第二棱镜，当入射光由第一棱镜中棱镜二的直角面二入射至分光面时，入射光的一部分经分光面反射形成反射光、另一部分经分光面透射形成透射光；
反射光入射至第一棱镜中棱镜一的屋脊面，再被这个棱镜一的屋脊面反射至分光面后，由第二棱镜的直角面二出射；
透射光入射至第二棱镜中棱镜一的屋脊面，再被这个棱镜一的屋脊面反射至分光面后，由第二棱镜的直角面二出射。
本发明的第一种实现方式，如图1和图2所示，棱镜一和棱镜二是一体的。
半立方屋脊棱镜的具体结构为：棱镜一为屋脊棱镜，屋脊棱镜棱镜包括两个直角面和一个斜面，两个直角面为屋脊面，两个屋脊面相交处为屋脊棱，棱镜二上设有分光面；两块半立方屋脊棱镜沿分光面胶合，相应的两块半立方屋脊棱镜的棱镜一的斜面垂直，两块半立方屋脊棱镜沿分光面对称。
若其中一块半立方屋脊棱镜相对应另一块半立方屋脊棱镜沿垂直于屋脊棱并平行于分束面的方向存在错位量d时，则出射波面产生两倍的横向剪切量S，有S＝2d关系成立。
若半立方屋脊棱镜通光口径为D，棱镜一的厚度为c，棱镜二的直角面为边长为a的正方形，半立方屋脊棱镜的高为h；
则a、c和D满足：a＝c＝D，h＝3/2a。
本发明的第二种实现方式，如图3和图4所示，基于本发明的第一种实现方式，棱镜一和棱镜二是分体的。
具体为：棱镜一1的斜面胶合于棱镜二2的直角面上。
如图3和图4，本发明的分束棱镜采用两块完全相同的直角棱镜E、F胶合成立方棱镜分束器，本发明的反射棱镜采用两块完全相同的直角棱镜M、N呈90°分别胶合于直角棱镜E、F的两直角面上，直角棱镜E、F相当于本发明第一种实现方式中的棱镜二，直角棱镜M、N相当于本发明第一种实现方式中的棱镜一。反射棱镜的主截面垂直于分束棱镜的主截面，光束的传播方向在分束棱镜的主截面内，实现横向剪切的方向垂直于分束棱镜主截面，在实现分束面胶合等光程对齐的调整过程中不会带来剪切量的变化。当反射棱镜完全对称于分束面放置时棱镜不产生横向剪切，如果将其中一块反射棱镜沿垂直于直角棱平行于分束面的方向移动一个量时，则产生两倍的横向剪切量。
比如，当其中一块棱镜一沿垂直于自身的直角棱、且与该棱镜一相接触的面平行的方向存在错位量d时，换句话说，即当其中一个反射棱镜沿垂直于自身的直角棱平行于分束面的方向存在错位量d时，则产生两倍的横向剪切量s，有s＝2d关系成立。
若半立方屋脊棱镜通光口径为D，棱镜一的纵切面为等腰三角形，等腰三角形直角边的边长为c，棱镜一的厚度为h，棱镜二的直角面为边长为a的正方形，半立方屋脊棱镜的高为h；
则a、b、c和D满足：a＝b＝h＝D，c＝1/2a。

Claims (10)

1.横向剪切干涉仪，其特征在于：
包括两块相同的半立方屋脊棱镜；
半立方屋脊棱镜包括棱镜一和棱镜二；棱镜一为屋脊棱镜，屋脊棱镜包括两个直角面和一个斜面，两个直角面为屋脊面；棱镜二为直角棱镜，直角棱镜包括直角面一和直角面二；所述棱镜一的斜面设置在直角面一上，棱镜二的斜面为分束面，一个半立方屋脊棱镜的直角面二为入射面，另一个半立方屋脊棱镜的直角面二为出射面；
两块半立方屋脊棱镜沿分束面胶合，相应的两块半立方屋脊棱镜的棱镜一的斜面垂直；
其中一块半立方屋脊棱镜相对应另一块半立方屋脊棱镜沿垂直于屋脊棱并平行于分束面的方向存在错位；
两块半立方屋脊棱镜分别为第一棱镜和第二棱镜，当入射光由第一棱镜中棱镜二的直角面二入射至分束面时，入射光的一部分经分束面反射形成反射光、另一部分经分束面透射形成透射光；
反射光入射至第一棱镜中棱镜一的屋脊面，再被这个棱镜一的屋脊面反射至分束面后，由第二棱镜的直角面二出射；
透射光入射至第二棱镜中棱镜一的屋脊面，再被这个棱镜一的屋脊面反射至分束面后，由第二棱镜的直角面二出射。
2.根据权利要求1所述的横向剪切干涉仪，其特征在于：所述棱镜二为等腰直角棱镜。
3.根据权利要求2所述的横向剪切干涉仪，其特征在于：棱镜一的斜面与棱镜二的直角面是全等的。
4.根据权利要求3所述的横向剪切干涉仪，其特征在于：棱镜一与棱镜二是一体的。
5.根据权利要求4所述的横向剪切干涉仪，其特征在于：半立方屋脊棱镜通光口径为D，棱镜一的厚度为c，棱镜二的直角面为边长为a的正方形，半立方屋脊棱镜的高为h；
a、c和D满足：a＝c＝D，h＝3/2a。
6.横向剪切干涉仪，其特征在于：
包括两块相同的半立方屋脊棱镜；
半立方屋脊棱镜包括棱镜一和棱镜二；棱镜一为屋脊棱镜，屋脊棱镜包括两个直角面和一个斜面，两个直角面为屋脊面；棱镜二为直角棱镜，直角棱镜包括直角面一和直角面二；所述棱镜一的斜面设置在直角面一上，棱镜二的斜面为分束面，一个半立方屋脊棱镜的直角面二为入射面，另一个半立方屋脊棱镜的直角面二为出射面；
两块半立方屋脊棱镜沿分束面胶合，相应的两块半立方屋脊棱镜的棱镜一的斜面垂直；
其中一块棱镜一沿垂直于自身的直角棱、且与该棱镜一相接触的面平行的方向存在错位；
两块半立方屋脊棱镜分别为第一棱镜和第二棱镜，当入射光由第一棱镜中棱镜二的直角面二入射至分束面时，入射光的一部分经分束面反射形成反射光、另一部分经分束面透射形成透射光；
反射光入射至第一棱镜中棱镜一的屋脊面，再被这个棱镜一的屋脊面反射至分束面后，由第二棱镜的直角面二出射；
透射光入射至第二棱镜中棱镜一的屋脊面，再被这个棱镜一的屋脊面反射至分束面后，由第二棱镜的直角面二出射。
7.根据权利要求6所述的横向剪切干涉仪，其特征在于：所述棱镜二为等腰直角棱镜。
8.根据权利要求7所述的横向剪切干涉仪，其特征在于：棱镜一的斜面与棱镜二的直角面是全等的。
9.根据权利要求8所述的横向剪切干涉仪，其特征在于：棱镜一与棱镜二是分体的，棱镜一的斜面胶合于棱镜二的直角面上。
10.根据权利要求9所述的横向剪切干涉仪，其特征在于：
半立方屋脊棱镜通光口径为D，棱镜一的纵切面为等腰三角形，所述等腰三角形直角边的边长为c，棱镜一的厚度为h，棱镜二的直角面为边长为a的正方形，半立方屋脊棱镜的高为h；
a、b、c和D满足：a＝b＝h＝D，c＝1/2a。
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