一种用于分体型Sagnac干涉仪的精密装调方法

    技术2025-06-24  17


    本发明涉及分体型sagnac干涉仪,具体涉及一种用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法。


    背景技术:

    1、干涉成像光谱仪目前主要有两大类,基于michelson干涉仪的时间调制型和基于横向剪切干涉仪的空间调制型。空间调制干涉成像光谱仪具有高稳定性、高通量以及可对光谱进行实时测量的优点,受到更多的关注和应用。在空间调制干涉成像光谱仪中,横向剪切干涉仪是其核心部件。常见的横向剪切干涉仪包括有sagnac型,mach-zehnder型和双角反射体型等。其中,sagnac型横向剪切干涉仪采用了三角共光路的结构,受外界震动、气流等因素的影响较小,抗干扰能力强,应用最为广泛。

    2、sagnac干涉仪分为实体型sagnac干涉仪和分体型sagnac干涉仪。实体型sagnac干涉仪由两块完全相同的半五角棱镜胶合而成,其结构紧凑,性能稳定,受外界干扰影响较小。但实体型sagnac干涉仪胶合精度要求高,装配难度大,胶合成品率较低,并且随着成像光谱仪的分辨率不断提高,干涉仪的体积不断增大,导致大口径实体干涉仪的加工难度更高。分体型sagnac干涉仪由于加工更简单,不需要进行两个半五角棱镜的胶合,受到了更为广泛的应用。但是,由于分体型sagnac干涉仪部组件增多,且干涉仪对各部组件空间位置一致性要求极其严格,因此分体型sagnac干涉仪的精密装调较为困难,现有的装调方法无法实现分体型sagnac干涉仪的高精度装调。


    技术实现思路

    1、本发明目的是提供一种用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,以解决现有的分体型sagnac干涉仪装调精度低的技术问题。

    2、为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

    3、一种用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,所述分体型sagnac干涉仪包括干涉仪本体、分光棱镜、短臂反射镜和长臂反射镜;所述干涉仪本体的侧壁外轮廓为五边形,其中两边相互垂直,定义为第一直角边和第二直角边,与第一直角边相邻的边为第一邻边,与第二直角边相邻的边为第二邻边;所述干涉仪本体的底部设有分光棱镜安装位,其第一邻边对应的侧壁上设置有短臂反射镜安装位,其第二邻边对应的侧壁上设置有长臂反射镜安装位;

    4、其特殊之处在于,包括以下步骤:

    5、步骤1、建立装调基准光;

    6、将装调的干涉仪本体设置在与大地水平的装调平台上,在干涉仪本体的短臂反射镜安装位和长臂反射镜安装位上分别设置分划板b和分划板a,并在装调平台外侧设置经纬仪b和经纬仪a;通过分划板b、分划板a、经纬仪b和经纬仪a建立装调基准光;所述装调基准光为经纬仪a的出射光;

    7、步骤2、分光棱镜的定位装整;

    8、在干涉仪本体的分光棱镜安装位上安装分光棱镜;移动经纬仪b至干涉仪本体第一邻边外侧并调平,基于所述装调基准光、分光棱镜对装调基准光的反射、经纬仪b的出射光、分划板b以及对分光棱镜修切圈的修切,完成分光棱镜的定位装调;

    9、步骤3、短臂反射镜的定位装调;

    10、拆除分划板b和分划板a,在干涉仪本体的短臂反射镜安装位上安装短臂反射镜,移动经纬仪b至干涉仪本体第二邻边的外侧并调平,基于所述装调基准光、经纬仪b的出射光、分光棱镜对光的反射、短臂反射镜对光的反射以及对短臂反射镜修切圈的修切,完成短臂反射镜的定位装调;

    11、步骤4、长臂反射镜的定位装调;

    12、在干涉仪本体的长臂反射镜安装位上安装长臂反射镜,移动经纬仪b至干涉仪本体第二直角边的外侧并调平,基于所述装调基准光、经纬仪b的出射光、分光棱镜对光的透射、短臂反射镜对光的反射、长臂反射镜对光的反射以及对长臂反射镜修切圈的修切,完成长臂反射镜的定位装调;

    13、从而完成分体型sagnac干涉仪的精密装调。

    14、进一步地,步骤1具体包括:

    15、1.1、设置装调平台,使其与大地水平的夹角小于1″;

    16、1.2、将待装调的干涉仪本体安装在装调平台上;

    17、1.3、在干涉仪本体的短臂反射镜安装位上设置分划板b,在长臂反射镜安装位上设置分划板a;在装调平台外设置经纬仪b和经纬仪a,所述经纬仪b的作用端与分划板b相对,所述经纬仪a的作用端与第一直角边相对;

    18、1.4、调平经纬仪b和经纬仪a,并使二者互瞄,而后使经纬仪b与分划板b穿心,并使经纬仪a与分划板a穿心、与经纬仪b自准,则经纬仪a出射的光线为装调基准光。

    19、进一步地,步骤1.1具体包括:

    20、a、在三个呈三角形放置的支撑架上放置装调平台;

    21、b、使用电子水平仪测量装调平台与大地水平的角度;

    22、c、基于测量的角度调整三个支撑架,使得装调平台与大地水平的夹角小于1″。

    23、进一步地,步骤a中,所述装调平台的平面度小于0.01mm;

    24、步骤b中,所述电子水平仪的精度为0.001″。

    25、进一步地,步骤1.3具体为:

    26、在干涉仪本体的短臂反射镜安装位上设置分划板b,在长臂反射镜安装位上设置分划板a;在装调平台外设置两个二维调整台,在两个二维调整台上分别安装经纬仪b和经纬仪a,使所述经纬仪b的作用端与分划板b相对、所述经纬仪a的作用端与第一直角边相对。

    27、进一步地,步骤1.2具体为,使用压板将待装调的干涉仪本体安装在装调平台上;

    28、步骤1.3中,所述经纬仪b和经纬仪a均采用自准精度为0.5″的tm6100a徕卡经纬仪。

    29、进一步地,步骤2具体包括:

    30、2.1、在干涉仪本体的分光棱镜安装位上安装分光棱镜;所述分光棱镜为矩形,由第一直角三角棱镜和第二直角三角棱镜胶合而成;第一直角三角棱镜包括相互垂直的第一竖直面和第二竖直面;所述第一竖直面靠近第一直角边设置,所述装调基准光经第一竖直面入射,经分光棱镜反射,后从第二竖直面射出,之后从分划板b射出;

    31、2.2、调整经纬仪b的角度,使经纬仪b与分划板b穿心,同时与经纬仪a自准,并使经纬仪a与经纬仪b的角度为90°;

    32、2.3、在经纬仪a处测量分光棱镜第一竖直面的第一俯仰角度,在经纬仪b处测量分光棱镜第二竖直面的第二俯仰角度;

    33、2.4、根据测量到的第一俯仰角度和第二俯仰角度对分光棱镜的修切圈进行修切,直至第一俯仰角度、第二俯仰角度与大地水平的差值均在5″以内;

    34、2.5、微调分光棱镜,使得第一竖直面和第二竖直面的自准像分别与经纬仪a和经纬仪b的十字中心重合,则分光棱镜与装调基准光吻合,完成分光棱镜的定位装调。

    35、进一步地,步骤3具体包括:

    36、3.1、拆除分划板b和分划板a,将短臂反射镜安装在干涉仪本体的短臂反射镜安装位上;

    37、3.2、移动经纬仪b,使其作用端与干涉仪本体的长臂反射镜安装位相对,调平并同时使其满足以下条件:

    38、a1、使经纬仪a出射的装调基准光能够依次经分光棱镜反射、短臂反射镜反射后进入经纬仪b;

    39、b1、经纬仪b能够与经纬仪a互瞄,且互瞄时二者旋转的角度之和为45°;

    40、3.3、对短臂反射镜的修切圈进行修切,使经纬仪a出射的装调基准光能够与经纬仪b的十字中心重合,重合精度小于等于5″;

    41、完成短臂反射镜的定位装调。

    42、进一步地,步骤4具体包括:

    43、4.1、在干涉仪本体的长臂反射镜安装位上安装长臂反射镜;

    44、4.2、移动经纬仪b,使其作用端与干涉仪本体的第二直角边以及分光棱镜相对,调平并同时满足以下条件:

    45、a2、使经纬仪a出射的装调基准光能够依次经分光棱镜透射、长臂反射镜反射、短臂反射镜反射、分光棱镜透射后进入经纬仪b;

    46、b2、使经纬仪b能够与经纬仪a互瞄,且互瞄时二者的旋转角度之和为90°;

    47、4.3、对长臂反射镜的修切圈进行修切,使经纬仪a和经纬仪b接收到的光分别能够与二者的十字中心重合,重合精度小于等于5″;

    48、完成长臂反射镜的定位装调。

    49、进一步地,还包括步骤5,检验定位装调结果:

    50、5.1、用相机替换经纬仪a,用激光器替换经纬仪b,在激光器与干涉仪本体之间的光路上设置匀光器和硫酸纸;所述相机的焦距f=75.03mm,相机的像元尺寸p=5μm;所述激光器的波长λ=632.8nm;

    51、5.2、通过相机采集装调完成的分体型sagnac干涉仪的图像,获取图像对应频率曲线的波峰个数n,计算实际剪切量d:

    52、

    53、5.3、将实际剪切量d与理论剪切范围对比:

    54、若实际剪切量d大于理论剪切范围的最大值,则返回步骤4.3,再次对长臂反射镜的修切圈进行修切,其修切量d1=4δd1sin22.5°,其中δd1为实际剪切量d与理论剪切范围最大值的差值;直至实际剪切量d位于理论剪切范围内;

    55、若实际剪切量d小于理论剪切范围的最小值,则返回步骤3.3,再次对短臂反射镜的修切圈进行修切,其修切量d2=4δd2sin22.5°,其中δd2为实际剪切量d与理论剪切范围最小值的差值;直至实际剪切量d位于理论剪切范围内;

    56、若实际剪切量d位于理论剪切范围内,则分体型sagnac干涉仪的精密装调结果合格。

    57、本发明的有益效果:

    58、本发明提供了一种用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,该方法巧妙的利用经纬仪a出射的光线作为装调基准光,先对分光棱镜进行定位装调;而后利用装调基准光和分光棱镜共同对短臂反射镜进行定位装调,最后再利用装调基准光、分光棱镜和短臂反射镜同对长臂反射镜进行定位装调,该装调方法井然有序,操作简便,不仅大大提高了装调效率,同时还大大提高了装配精度,能够高效装配出满足精度要求的分体型sagnac干涉仪。


    技术特征:

    1.一种用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,所述分体型sagnac干涉仪包括干涉仪本体(1)、分光棱镜(2)、短臂反射镜(3)和长臂反射镜(4);所述干涉仪本体(1)的侧壁外轮廓为五边形,其中两边相互垂直,定义为第一直角边(11)和第二直角边(12),与第一直角边(11)相邻的边为第一邻边(13),与第二直角边(12)相邻的边为第二邻边(14);所述干涉仪本体(1)的底部设有分光棱镜安装位,其第一邻边(13)对应的侧壁上设置有短臂反射镜安装位,其第二邻边(14)对应的侧壁上设置有长臂反射镜安装位;

    2.根据权利要求1所述的用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,其特征在于,步骤1具体包括:

    3.根据权利要求2所述的用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,其特征在于,步骤1.1具体包括:

    4.根据权利要求3所述的用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,其特征在于:

    5.根据权利要求4所述的用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,其特征在于,步骤1.3具体为:

    6.根据权利要求5所述的用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,其特征在于:

    7.根据权利要求1-6任一所述的用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,其特征在于,步骤2具体包括:

    8.根据权利要求7所述的用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,其特征在于,步骤3具体包括:

    9.根据权利要求8所述的用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,其特征在于,步骤4具体包括:

    10.根据权利要求9所述的用于分体型sagnac干涉仪的精密装调方法,其特征在于,还包括步骤5,检验定位装调结果:


    技术总结
    本发明公开了一种用于分体型Sagnac干涉仪的精密装调方法,解决了现有的分体型Sagnac干涉仪装调精度低的问题,具体包括:本发明巧妙的利用经纬仪A出射的光线作为装调基准光,先对分光棱镜进行定位装调;而后利用装调基准光和分光棱镜共同对短臂反射镜进行定位装调,最后再利用装调基准光、分光棱镜和短臂反射镜同对长臂反射镜进行定位装调,该装调方法井然有序,操作简便,不仅大大提高了装调效率,同时还大大提高了装配精度,能够高效装配出满足精度要求的分体型Sagnac干涉仪。

    技术研发人员:张鸽,丑小全,薛力,段宗涛
    受保护的技术使用者:中国科学院西安光学精密机械研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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