CN108627996B - 一种基于双层透光框架的变间隙fp干涉仪装调机构和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双层透光框架的FP干涉仪装调机构和方法，以透明合成树脂和常规光学玻璃胶接的双层框架结构装夹变间隙FP干涉仪，并用压片和螺栓调整楔形腔夹角。采集干涉仪产生的干涉条纹数据计算干涉腔左右两侧光谱峰值位置和强度，指导调节变间隙FP干涉仪零位两侧的楔形腔角度直至对称，用紫外灯照射双层透光框架，使内框架内侧的紫外光敏胶固化，形成稳定的干涉仪。本发明利用透明合成树脂在紫外波段的透光性和良好的加工性能，兼顾了调节用的螺纹孔加工和紫外光敏胶固化的问题；利用内框架的常规光学玻璃解决了干涉仪镜片和外层框架材料热膨胀特性不一致的问题。双层结构使装调好的干涉仪有更好的环境适应性，并减少多次装调造成的楔形镜片尖棱磨损问题和仅适用螺栓装夹造成的松弛问题，从而提高了基于变间隙FP干涉仪的傅里叶变换光谱仪的易用性。
Description
技术领域
本发明属于光学调校领域，主要涉及变间隙FP干涉仪的对称楔形干涉腔的快速调整方法。
背景技术
近几年来，由美国夏威夷大学提出的一种新型傅里叶变换成像光谱仪得到国内外各大院所的深入研究，其核心部件是基于对称楔形干涉腔的变间隙FP干涉仪开发完成的，这种技术相比以往基于传统Sagnac和Michelson干涉仪的方案，可大幅降低系统的体积和重量，实现设备的轻小型化。
基于对称楔形干涉腔的变间隙FP干涉仪，在光谱仪或成像光谱仪中应用时，对其楔角的对称性和干涉腔中心尖棱宽度要求非常高：如果干涉腔两侧楔角不一致，将会导致干涉条纹步长的不一致，进而使反演出的光谱出错；干涉腔中心尖棱也必须保持很小的宽度，低于光谱仪(或成像光谱仪)一个像元的宽度，否则将造成干涉条纹零点误差，修正难度很大、效果也不甚理想。
这类需要保证角度的光学机构常规的装夹方法有两种，一种是用金属框架和螺栓装夹，另一种是将两个镜片侧面胶合在一个基板上。使用金属框架和螺栓装夹的，容易因震动、温度变化等原因造成应力变化、螺栓松弛等，影响其稳定性，在多次反复装调修正中也容易造成干涉腔中心尖棱磨损加宽。胶合方法，适用于两个镜片与基板都有较大的接触面积，对于变间隙FP干涉仪中的两片薄镜片不适用，由于变间隙FP干涉仪中的两片薄镜片的厚度很薄，在实际胶合过程中，难以保证胶合的牢固。而且目前光学领域中的胶合过程主要采用硅橡胶或紫外光敏胶，使用硅橡胶需要较长时间(一般不少于24小时)固化过程，较长的固化过程会影响变间隙FP干涉仪中的两片薄镜片的对称性，而且硅橡胶本身的弹性也会影响楔角的对称性；若使用紫外光敏胶，则需装夹机构能透射紫外光，同时还要求装夹机构有与镜片相近的热膨胀系数，所以常规装夹机构难以满足变间隙FP干涉仪的装调要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种基于双层透光框架的变间隙FP干涉仪装调机构和方法，仪器架设简单，调试过程简便、可靠、效率高，能够实现变间隙FP干涉仪楔形干涉腔对称的实时装调。
本发明的技术方案为：
所述一种基于双层透光框架的变间隙FP干涉仪装调机构，包括光学平台、双层透光框架装夹机构、单波长激光器、积分球、相机、监控计算机，其特征在于：
所述双层透光框架装夹机构由透明合成树脂材质的外框、光学玻璃材质的内框、硅橡胶及压板组成；其中，外框和内框依靠硅橡胶在局部胶合连接；外框正面的四角和各边的中心有螺纹孔，压板在外框螺纹孔对应位置有通孔；外框背面的内尺寸小于正面的内尺寸，形成挡台；内框的内侧面为粗糙平面。
进一步的优选方案，所述一种基于双层透光框架的变间隙FP干涉仪装调机构，其特征在于：双层透光框架装夹机构的内框选用在光敏胶敏感的320nm～400nm波段有高透过率的光学玻璃，并且内框的热膨胀系数与FP干涉仪的平板镜片、对称楔形镜片的热膨胀系数相差小于5％。
进一步的优选方案，所述一种基于双层透光框架的变间隙FP干涉仪装调机构，其特征在于：采用宽波段光源代替单波长激光器，并在积分球出口设置单色滤光片。
利用上述装置进行变间隙FP干涉仪装调的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在双层透光框架装夹机构的四个内侧面中心区域均匀涂抹紫外光敏胶，并清理多余的胶水使其不下滴；
步骤2：将清理好的变间隙FP干涉仪的平板镜片和对称楔形镜片依次放入双层透光框架装夹机构内，盖上压板并旋入螺栓，但不上紧；
步骤3：将双层透光框架装夹机构与待调整的变间隙FP干涉仪的组合体，放置于使用单波长激光器作为光源的积分球的输出窗口前，相机置于干涉仪后采集干涉仪形成的干涉图样，并传输到计算机，计算机根据已知的光源波长和采集左右两段干涉图样计算出干涉腔左右楔角的大小；
步骤4：根据步骤3给出的左右楔角差别，不断调整双层透光框架装夹机构中旋入螺栓的旋进程度，使楔角差别逐渐减小直至对称；
步骤5：使用紫外灯分两次从多个方向照射双层透光框架装夹机构，第一次照射约10s～20s使紫外光敏胶初步固化，然后从计算机给出的结果判读楔角对称性是否改变，如果改变可再次重复步骤4进行调整，再次保证楔角对称性后第二次照射约1min～2min使紫外光敏胶完全固化。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用透明合成树脂在紫外波段的透光性和良好的加工性能，兼顾了调节用的螺纹孔加工和紫外光敏胶固化的问题；利用内框架的常规光学玻璃解决了干涉仪镜片和外层框架材料热膨胀特性不一致的问题。双层结构使装调好的干涉仪有更好的环境适应性，并减少多次装调造成的楔形镜片尖棱磨损问题和仅适用螺栓装夹造成的松弛问题，从而提高了基于变间隙FP干涉仪的傅里叶变换光谱仪(和成像光谱仪)的易用性。
附图说明
图1：双层透光框架装调机构爆炸图；
图2：双层透光框架装调机构正视图；
图3：去除压板后的双层透光框架装调机构示意图；
图4：装调机构系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
如图4所示，本实施例中的基于双层透光框架的变间隙FP干涉仪装调机构，包括光学平台、双层透光框架装夹机构3、单波长激光器1、积分球2、相机6、监控计算机7。
如图1～图3所示，双层透光框架装夹机构由透明合成树脂材质的外框、光学玻璃材质的内框、硅橡胶及压板组成；其中，外框和内框依靠硅橡胶在局部胶合连接；外框正面的四角和各边的中心有螺纹孔，压板在外框螺纹孔对应位置有通孔；外框背面的内尺寸小于正面的内尺寸，形成挡台；内框的内侧面有较好的平面度和较大的粗糙度。
其中双层透光框架装夹机构的内框选用在光敏胶敏感的320nm～400nm波段有高透过率的光学玻璃，并且内框热膨胀系数与平板镜片、对称楔形镜片热膨胀系数相近，差距不超过5％。
此外，也可采用宽波段光源代替单波长激光器，并在积分球出口设置单色滤光片，形成单色光。
利用上述装置进行变间隙FP干涉仪装调的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在双层透光框架装夹机构的四个内侧面中心区域均匀涂抹紫外光敏胶，并清理多余的胶水使其不下滴；
步骤2：将清理好的变间隙FP干涉仪的平板镜片和对称楔形镜片依次放入双层透光框架装调机构内，盖上压板并旋入螺栓，但不上紧；
步骤3：将双层透光框架装夹机构与待调整的变间隙FP干涉仪的组合体，放置于使用单波长激光器作为光源的积分球的输出窗口前，相机置于干涉仪后采集干涉仪形成的干涉图样，并传输到计算机，计算机根据已知的光源波长和采集左右两段干涉图样自动计算出干涉腔左右楔角的大小；
步骤4：根据步骤3给出的左右楔角差别，不断调整螺栓的旋进程度，使楔角差别逐渐减小直至对称；
步骤5：使用紫外灯分两次从多个方向照射双层透光框架装调机构，第一次照射约10s～20s使紫外光敏胶初步固化，然后从计算机给出的结果判读楔角对称性是否改变，如果改变可再次重复步骤4进行调整，再次保证楔角对称性后第二次照射约1min～2min使紫外光敏胶完全固化。
Claims (3)
1.一种基于双层透光框架的变间隙FP干涉仪装调机构，包括光学平台、双层透光框架装夹机构、单波长激光器、积分球、相机、监控计算机，其特征在于：
所述双层透光框架装夹机构由透明合成树脂材质的外框、光学玻璃材质的内框、硅橡胶及压板组成；其中，外框和内框依靠硅橡胶在局部胶合连接；外框正面的四角和各边的中心有螺纹孔，压板在外框螺纹孔对应位置有通孔，压板与外框通过螺栓配合，在装调过程中不断调整螺栓的旋进程度，能够使平板镜片和对称楔形镜片组成的干涉腔左右楔角差别逐渐减小直至对称；外框背面的内尺寸小于正面的内尺寸，形成挡台；内框的内侧面为粗糙平面；
双层透光框架装夹机构的内框选用在光敏胶敏感波段有高透过率的光学玻璃，并且内框的热膨胀系数与FP干涉仪的平板镜片、对称楔形镜片的热膨胀系数相差小于5％；
在变间隙FP干涉仪装调完成后，所述双层透光框架装夹机构与平板镜片以及对称楔形镜片共同组成变间隙FP干涉仪组合体使用。
2.根据权利要求1所述一种基于双层透光框架的变间隙FP干涉仪装调机构，其特征在于：采用宽波段光源代替单波长激光器，并在积分球出口设置单色滤光片。
3.利用权利要求1所述机构进行变间隙FP干涉仪装调的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在双层透光框架装夹机构的四个内侧面中心区域均匀涂抹紫外光敏胶，并清理多余的胶水使其不下滴；
步骤2：将清理好的变间隙FP干涉仪的平板镜片和对称楔形镜片依次放入双层透光框架装夹机构内，盖上压板并旋入螺栓，但不上紧；
步骤3：将双层透光框架装夹机构与待调整的变间隙FP干涉仪的组合体，放置于使用单波长激光器作为光源的积分球的输出窗口前，相机置于干涉仪后采集干涉仪形成的干涉图样，并传输到计算机，计算机根据已知的光源波长和采集左右两段干涉图样计算出干涉腔左右楔角的大小；
步骤4：根据步骤3给出的左右楔角差别，不断调整双层透光框架装夹机构中旋入螺栓的旋进程度，使楔角差别逐渐减小直至对称；
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