低温干涉仪

摘要

本发明公开了一种低温干涉仪，它包括动镜模块、定镜模块、分束器模块、干涉仪框架、传热板、隔热支撑筒、以稳频激光器为代表的光程差度量系统、以气动元件和储气筒为代表的动镜锁定装置、干涉仪安装基板等组成。这种干涉仪仪能在200K的低温下工作。

权利要求

1.一种低温干涉仪，它包括：动镜模块（7）、定镜模块（4）、分束器模块（6）、干涉仪框架（5）、传热板（3）、冷链接口（12）、隔热支撑筒（2）、稳频激光器（9）、激光探测器（1）、以及包括气动元件（8）和储气筒（10）的动镜锁定装置和干涉仪安装基板（11），其特征在于：所述的动镜模块（7）由平动机构和平面反射镜构成；

所述的定镜模块（4）由两维角度调节架和平面反射镜组成；

所述的分束器模块（6）由光学分束片、补偿片和保持架组成；

动镜模块（7）、定镜模块（4）和分束器模块（6）构成基本的干涉仪；传热板（3）与冷链连接，使干涉仪温度下降，形成低温；

光程差度量系统由稳频激光器（9）、激光探测器（1）以及波片和一些反射镜构成；

所述的动镜锁定装置由气动元件、储气筒、电磁阀、压力传感器和一些管路和接头构成；

所述的干涉仪结构上分成两大部分，一部分是隔热支撑筒（2）上方的部分，它是低温光学部分，低温是通过冷链接口（12）耦合的，另一部分是隔热支撑筒（2）下方的部分，它是常温部分；冷光学元件支撑按温度补偿原理设计，避免光学元件从常温到低温的变化造成面形改变；由于机械结构从常温到低温不能保证两干涉光束的平行度保持不变，所述的干涉仪中加入了两维角度调节机构，在温度降低后，启动角度调节机构，将两干涉光束再次校回到相互平行；动镜模块（7）的平动机构采用弹性元件支撑运动部分，通过不同材料组合，使平动机构零件间的预紧力对温度变化不敏感；光程差度量模块的激光器和激光探测器安装于常温的安装基板（11）上，保证它们的常温工作环境；锁定装置的气动元件（8）在低温区，其余部分在常温区，保证了电磁阀的正常工作；气动元件（8）与储气罐（10）之间的连接气管用利于冷热区域隔离的非金属材料制成。

说明书

低温干涉仪

技术领域

[0001] 本发明涉及空间光电仪器技术，具体指一种低温干涉仪，它应用于工作温度在200-205K的空间红外傅里叶变换光谱探测仪，这种仪器用于卫星大气遥感探测。

背景技术

[0002] 对于卫星大气遥感探测仪，传统的是滤光片式的，在地球极轨轨道上，目前已逐渐被空间红外傅里叶变换光谱探测仪所取代。例如欧洲的IASI和美国的CrIS都已是傅里叶变换光谱探测仪。地球静止轨道上，美国的GOES-I至GOES-N是滤光片式的，但也将被新一代的傅里叶变换光谱探测仪所取代，如欧洲的MTG正在研制之中，它是傅里叶变换式的。傅里叶变换式光谱仪的特点是光谱分辨率高很多。这种红外傅里叶变换光谱仪都有运动的动镜，作为光程差的调制部件。由于地球极轨轨道离地球较近，信号较强，所以IASI和CrIS的干涉仪都不是低温的。相对于地球极轨轨道，地球静止轨道离地球的距离大45倍，因而信号弱许多。如采用低温干涉仪，可降低仪器自身的红外背景辐射，这样将提高仪器的灵敏度。

[0003] IASI已上天，它采用角镜作为干涉仪的反射镜。这种结构对机械结构和动镜机构的要求不那么苛刻，但是相对于平面反射镜结构来说，光线从角镜返回要经过三次反射，而平面镜反射镜结构只需反射一次。

[0004] 与本发明最为接近的空间干涉仪是CrIS，它采用平面反射镜平动机构。但它是常温干涉仪，结构较低温干涉仪简单，没有低温光学技术在里面。通常动镜式傅里叶光谱仪的基本功能和主要部件都是大致相同的：动镜、定镜、分束器、光程差度量系统等。但是本发明设计了低温干涉仪，使用了低温结构和加进了低温下进行定镜角度重校模块。这种低温干涉仪较适合于弱光谱信号测量。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种空间低温干涉仪，它的红外背景信号较常温干涉仪小，能用于探测较弱的光谱信号，满足将来地球静止轨道红外傅里叶光谱仪仪的需求。

[0006] 本发明的技术方案如下：

[0007] 低温干涉仪方案如附图1所示，它由动镜模块7、定镜模块4、分束器模块6、干涉仪框架5、传热板3、冷链接口12、隔热支撑筒2、以稳频激光器9为代表的光程差度量系统、以气动元件8和储气筒10为代表的动镜锁定装置、干涉仪安装基板11等组成。动镜模块由平动机构和平面反射镜构成，定镜模块由两维角度调节架和平面反射镜组成，分束器模块由光学分束片、补偿片和保持架组成。动镜模块、定镜模块和分束器模块构成基本的干涉仪；传热板与冷链连接，使干涉仪温度下降，形成低温。光程差度量系统由稳频激光器9、激光探测器1以及波片和一些反射镜构成。动镜锁定系统由气动元件、储气筒、电磁阀、压力传感器和一些管路和接头构成，它的功用是探测仪发射时对动镜进行锁定，卫星入轨后解锁。

[0008] 本发明的低温干涉仪产生干涉图的工作原理和常温干涉仪产生干涉图的工作原理一致，即动镜运动产生时间调制干涉图。在结构上将常温干涉仪分成两部分，一部分是低温的红外波段干涉仪部分，它主要包括动镜模块7、定镜模块4、分束器模块6和干涉仪框架5，使用隔热结构把它支撑起来。另一部分是常温的光程差度量件和气动锁定部件，它们主要包括稳频激光器9为代表的光程差度量系统、以气动元件8和储气筒10为代表的动镜锁定装置、干涉仪安装基板11等。这些部件没有必要低温工作，其中激光器也不能在低温工作。两部分的机械连接是隔热支撑筒2和传热板3。通过冷链接口12将红外干涉仪部分连接至冷源上，使得干涉仪的红外部分形成低温。从常温到低温，温变会导致结构变形和光学零件变形。在本发明中，解决结构变形的方法是在定镜模块中设计了两维角度调节系统，在温度冷下来稳定后，启动两维调节系统，将两束参与干涉的光束调节到平行；解决光学零件变形的方法是用不同热膨胀系数的材料组合成光学零件的支撑，使得温度变化时不改变对光学零件的预紧力，这样低温引起光学零件的尺寸改变，但不引起光学零件面形改变，由于低温区的光学元件都是平面镜，因而只要面形不变，就对干涉仪性能没有影响。

[0009] 本发明的优点是这种低温干涉仪与常温干涉仪比较，产生的红外背景小，它有利于弱光谱信号的探测。

附图说明

[0010] 图1：低温干涉仪；

[0011] 图中：

[0012] 1——激光探测器；

[0013] 2——隔热支撑筒；

[0014] 3——传热板；

[0015] 4——定镜模块；

[0016] 5——干涉仪框架；

[0017] 6——分束器模块；

[0018] 7——动镜模块；

[0019] 8——气动元件；

[0020] 9——稳频激光器；

[0021] 10——储气筒；

[0022] 11——干涉仪安装基板；

[0023] 12——冷链接口。

具体实施方式

[0024] 本发明的结构实例见图1，它用于地球静止轨道干涉式大气垂直探测仪，产生大气红外干涉信号。主要参数为：低温区包括动镜模块7、定镜模块4分束器模块6、干涉仪框架5、气动元件8和传热板3等，温度为200K。其余常温区域的主要部件包括激光器1、干涉仪安装基板和储气筒10等的温度为295K。干涉仪通光口径40mm，视场角8°。隔热支撑做成薄壁圆筒，直径φ223mm，高度94mm，壁厚1mm，略成锥形，低导热材料。低温区的热量通过传热板3，经过冷链接口传给冷链，再从冷链通过低温热管传给空间辐射制冷器。