基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，其特征是包括偏振分光镜、反射式闪耀光栅、偏振片、成像光学系统和干涉图样接收面各器件；平行入射光束经偏振分光镜分为P光和S光，P光依次经第一反射式闪耀光栅和第二反射式闪耀光栅反射后沿与入射光束相反的方向前行，经偏振分光镜反射后依次经偏振片和成像光学系统投射到干涉图样接收面上；S光依次经第二反射式闪耀光栅和第一反射式闪耀光栅反射后沿与入射光束垂直的方向依次透过偏振分光镜、偏振片和成像光学系统后投射到干涉图样接收面上；干涉元件是针对平行入射光束在干涉图样接收面上获得干涉图样。本发明能满足白光偏振干涉仪的要求。
【专利说明】
基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件。
【背景技术】
[0002]干涉仪是根据光的干涉原理制成的一种仪器。来自同一个光源的不同光束，各自经过不同的光程，然后再经过合并，可显出干涉条纹。在光谱学中、微生物学、分析化学、物理学、遥感科学、医学、军事科学、精密机械、精密测量与精密控制等方向有着重要作用。干涉仪光路中大多采用反射、折射、衍射来实现光的分离、偏折和汇聚。
[0003]由于干涉仪测量的依据是干涉条纹，干涉条纹的可见度对干涉仪非常重要;传统干涉仪中，影响干涉条纹的可见度的主要因素是相干光束的振幅比、光源的大小和光源的非单色性。相干光束的振幅比差越大，可见度越低，设计干涉系统时应尽量使相干光束的振幅比为I，即相干光束的振幅相等；由于实际光源都有一定的大小，光源的大小会影响干涉仪的空间相干性，所以设计干涉仪时应将光源限定在一定大小范围内；光源的非单色性会影响干涉仪的时间相干性，相干光的单色性与频谱宽度是一个概念，单色性好即频谱宽度窄，频谱宽度越窄，干涉条纹可见度越高。
[0004]由于实际应用的需要(如遥感应用中)，需要一种以白光(可见光，波长380-760nm)为光源的干涉仪，由于绝大部分白光最初光源来自太阳，所以光源的振幅比、大小、非单色性都是非常数，所以设计白光干涉仪是必须尽量使振幅比为I，光源大小较小，缩紧频谱宽度。
[0005]但是光源大小会影响遥感等设备的成像质量和范围，也不能限制，频谱宽度必须满足可见光范围，也不能再加限制;但是，现有技术中关于满足非限定白光光源情况下使用的干涉结构的未有公开报导。
【发明内容】
[0006]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，以期能满足白光偏振干涉仪的要求。
[0007]本发明为解决技术问题采用如下技术方案
[0008]本发明基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件的特点是:包括偏振分光镜、第一反射式闪耀光栅、第二反射式闪耀光栅、偏振片、成像光学系统和干涉图样接收面各器件;设置所述干涉元件的结构形式为:
[0009]平行的入射光束A经偏振分光镜分束为偏振方向相互垂直的两束线偏振光，分别是反射形成的第一光束Al I和透射形成的第二光束Al 2。
[0010]所述第一光束AlI依次经第一反射式闪耀光栅和第二反射式闪耀光栅反射后沿着与入射光束相反的方向入射到偏振分光镜，并在偏振分光镜上反射后依次经偏振片和成像光学系统投射到干涉图样接收面上。
[0011]所述第二光束A12依次经第二反射式闪耀光栅和第一反射式闪耀光栅反射后沿着与入射光束垂直的方向入射到偏振分光镜，并经偏振分光镜透射后依次经偏振片和成像光学系统后投射到干涉图样接收面上。
[0012]所述干涉元件是针对平行的入射光束在所述干涉图样接收面上获得干涉图样。
[0013]本发明基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件的特点也在于:所述偏振分光镜设置为与入射光束成45°角;所述第一光束All在所述第一反射式闪耀光栅上的入射角为22.5° ;所述第二光束A12在所述第二反射式闪耀光栅上的入射角为22.5°。
[00M]本发明基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件的特点也在于:
[00?5]令:第一光束All在所述第一反射式闪耀光栅上的入射角为al，出射角为a2;
[0016]第一光束AlI在所述第二反射式闪耀光栅上的入射角为bl，出射角为b2;
[0017]第二光束A12在所述第一反射式闪耀光栅上的入射角为Cl，出射角为c2;
[0018]第二光束A12在所述第一反射式闪耀光栅上的入射角为dl，出射角为d2;
[0019]并令:a= a2_al，b = b2_bl，c = c2_cl，d = d2_dl ；
[0020]设置第一反射式闪耀光栅和第二反射式闪耀光栅的闪耀方向，使得在a、b、c和d之间存在如下关系:3 =匕=(-0) = (-(1)。
[0021]本发明基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件的特点也在于:所述偏振片设置为其透光轴与其入射的两束偏振方向相互垂直的线偏振光的偏振方向均成45°角。
[0022]本发明基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件的特点也在于:所述第一反射式闪耀光栅和第二反射式闪耀光栅为相同器件。
[0023]本发明基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件的特点也在于:所述所述第一反射式闪耀光栅和第二反射式闪耀光栅的一级衍射效率不低于80% ;
[0024]本发明基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件的特点也在于:所述偏振分光镜对于P光具有不低于85%的反射效率;对于S光具有不低于85%的透射效率；
[0025]本发明基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件的特点也在于:所述干涉图样接收面是处在所述成像光学系统的焦平面上；
[0026]本发明基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件的特点也在于:所述第一反射式闪耀光栅、第二反射式闪耀光栅和偏振分光镜为集成器件。
[0027]本发明基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件的特点也在于:所述集成器件按如下方式制作:在一块BK7或者其它同级别的光学玻璃上切下一五棱柱体，在所述五棱柱体的第一面和第二面上分别形成第一反射式闪耀光栅和第二反射式闪耀光栅，所述第一面和第二面之间间隔有底面;令:与所述底面相对的棱边为顶边，顶边所在的角为五棱柱的顶角，按如下两种不同的方式形成偏振分光镜:
[0028]方式一:对于五棱柱体，过其顶边以及底面的中心位置进行切分，形成两个相对的切分面;在任一切分面上形成偏振分光镜;再原位粘合五棱柱体，完成五棱柱体集成器件的制作；
[0029]方式二:对于五棱柱体，在顶角位置处切下一长方体，再将长方体在对角线位置上进行切分，形成对角线位置上的两个切分面，在任一切分面上形成偏振分光镜;再依次原位粘合长方体和五棱柱体，完成五棱柱体集成器件的制作。
[0030]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0031]1、本发明正是满足了三个要求，一是干涉仪中光束中各频率相同；二是干涉仪中光束相位差与波长成一个定比；三是干涉仪中光束的偏振方向相同，因此是一种满足了非限定白光光源情况下使用的干涉结构，干涉效果好。
[0032]2、本发明进一步通过将第一反射式闪耀光栅、第二反射式闪耀光栅和偏振分光镜作为集成器件，使整体结构简单紧凑，设备生产安装简单，对安装精度要求低。
【附图说明】
[0033]图1为本发明结构示意图和光路图
[0034]图2和图3为本发明中集成器件不实施方式示意图；
[0035]图中标号:I第一反射式闪耀光栅、2偏振分光镜、3第二反射式闪耀光栅、4偏振片、5成像光学系统、6干涉图样接收面。
【具体实施方式】
[0036]参见图1，本实施例中基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件包括偏振分光镜2、第一反射式闪耀光栅1、第二反射式闪耀光栅3、偏振片4、成像光学系统5和干涉图样接收面6各器件;设置干涉元件的结构形式为:
[0037]平行的入射光束A经偏振分光镜2分束为偏振方向相互垂直的两束线偏振光，分别是反射形成的第一光束Al I和透射形成的第二光束Al2;第一光束Al I依次经第一反射式闪耀光栅I和第二反射式闪耀光栅3反射后沿着与入射光束相反的方向入射到偏振分光镜2，并在偏振分光镜2上反射后依次经偏振片4和成像光学系统5投射到干涉图样接收面6上;第二光束A12依次经第二反射式闪耀光栅3和第一反射式闪耀光栅I反射后沿着与入射光束垂直的方向入射到偏振分光镜2，并经偏振分光镜2透射后依次经偏振片4和成像光学系统5后投射到干涉图样接收面6上。干涉元件是针对平行的入射光束A在干涉图样接收面6上获得干涉图样。
[0038]图1所不，由前置光学系统形成的平行的入射光束A由偏振分光镜2分束为振动方向相互垂直的两束线偏振光，即第一光束Al I和第二光束Al 2;第一光束Al I依次到达第一反射式闪耀光栅I和第二反射式闪耀光栅3;由于闪耀光栅的闪耀作用，第一光束All在第一反射式闪耀光栅I上的入射角和出射角并不相等，在第二反射式闪耀光栅3上的入射角和出射角也不相等，第一光束All经两次闪耀光栅的偏置，再经偏振分光镜2的反射形成第一光束出射光BI I。同样，第二光束A12依次到达第二反射式闪耀光栅3和第一反射式闪耀光栅I;在第二反射式闪耀光栅3上的入射角和出射角不相等，在第一反射式闪耀光栅I上的入射角和出射角也不相等，经两次闪耀光栅的偏置，再经偏振分光镜2的反射形成第二光束出射光B12。
[0039]第一光束出射光Bll和第二光束出射光B12在经过偏振片4检偏后使其偏振方向为同一方向；经成像光学系统5后即在干涉图样接收面6上获得干涉条纹，对于干涉条纹经过相应的处理即可获得由前置光学系统形成的平行入射光束A的偏振态信息。
[0040]具体实施中，相应的结构设置为:
[0041 ]为了保证，第一光束出射光和第二光束偏振方向相同，偏振分光镜2设置为其透光轴与其入射的两束偏振方向相互垂直的线偏振光的偏振方向均成45°角;第一光束All在第一反射式闪耀光栅I上的入射角为22.5°;第二光束A12在第二反射式闪耀光栅3上的入射角为22.5°。以此保证在第一光束出射光Bll和第二光出射光B12之间存在一定的距离，从而满足干涉条件，形成干涉条纹。
[0042]令:第一光束AlI在第一反射式闪耀光栅I上的入射角为al，出射角为a2;
[0043]第一光束AlI在第二反射式闪耀光栅3上的入射角为bl，出射角为b2;
[0044]第二光束A12在第二反射式闪耀光栅3上的入射角为Cl，出射角为c2;
[0045]第二光束A12在第一反射式闪耀光栅I上的入射角为dl，出射角为d2;
[0046]并令:a= a2_al，b = b2_bl，c = c2_cl，d = d2_dl ；
[0047]设置第一反射式闪耀光栅I和第二反射式闪耀光栅3的闪耀方向，使得在a、b、c和d之间存在如下关系:3 =匕=(-0) = (-(1)。
[0048]设置a= b，使得第一光束在经两次闪耀光栅之后所产生的闪耀角相互抵消，并使光束位置发生偏移；同样，设置c = d，第二光束在经两次闪耀光栅之后所产生的闪耀角相互抵消，并使光束位置发生偏移，设置a = b=(-c) = (-d)，则两次偏移方向相反，从而使第一光束出射光BI I和第二光束出射光BI 2之间形成一个距离。
[0049]偏振片4设置为其透光轴与其入射的两束偏振方向相互垂直的线偏振光的偏振方向均成45°角。这样可保证第一光束出射光和第二光束出射光在经过偏振片4的检偏后偏振方向变为同一方向。
[0050]本实施例中第一反射式闪耀光栅I和第二反射式闪耀光栅3为相同器件。相同器件是指两光栅之间具有相同的刻线数、相同的闪耀角和相同的一级衍射效率，更优的选择是两光栅由同一片母栅复制得到。这样可保证第一光束和第二光束相互平行且出射时两光束产生的偏移量相同。
[0051 ]本实施例中以第一反射式闪耀光栅I和第二反射式闪耀光栅3的一级衍射效率不低于80%，以获得较高的衍射效率，保证干涉条纹的亮度。
[0052]设置偏振分光镜2对于P光具有不低于85%的反射效率;对于S光具有不低于85 %的透射效率，以此获得较高的分光效率，保证干涉条纹的亮度。
[0053]设置干涉图样接收面6是处在成像光学系统5的焦平面上；以便形成稳定清晰的干涉条纹，并由CCD或者其它感光元件接收。
[0054]本实施例中将第一反射式闪耀光栅1、第二反射式闪耀光栅3和偏振分光镜2按如下方式制成集成器件。
[0055]如图2和图3所示，在一块BK7或者其它同级别的光学玻璃上切下一五棱柱体，在五棱柱体的第一面21和第二面23上分别形成第一反射式闪耀光栅I和第二反射式闪耀光栅3，第一面21和第二面23之间间隔有底面22;令:与底面22相对的棱边为顶边24，顶边24所在的角为五棱柱的顶角，按如下两种不同的方式形成偏振分光镜2:
[0056]方式一:如图2所示，对于五棱柱体，过其顶边24以及底面22的中心位置进行切分，形成两个相对的切分面25;在任一切分面25上形成偏振分光镜2;再原位粘合五棱柱体，完成五棱柱体集成器件的制作。
[0057]方式二:如图3所示，对于五棱柱体，在顶角位置处切下一长方体，再将长方体在对角线位置上进行切分，形成对角线位置上的两个切分面25，在任一切分面25上形成偏振分光镜2;再依次原位粘合长方体和五棱柱体，完成五棱柱体集成器件的制作。
[0058]图2和图3所示的利记博彩app可保证干涉元件具有很强的环境适应能力，在制作过程中各角及面的相对位置受环境影响小，便于和其它光学设备进行装配。
[0059]本发明可实现成像式宽光谱偏振干涉，为宽光谱，如可见光波段场景偏振分量获取提供光学结构支持，主要应用于宽频段偏振干涉成像。
【主权项】
1.一种基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，其特征是包括偏振分光镜(2)、第一反射式闪耀光栅(I)、第二反射式闪耀光栅(3)、偏振片(4)、成像光学系统(5)和干涉图样接收面(6)各器件;设置所述干涉元件的结构形式为: 平行的入射光束A经偏振分光镜(2)分束为偏振方向相互垂直的两束线偏振光，分别是反射形成的第一光束Al I和透射形成的第二光束Al 2; 所述第一光束AU依次经第一反射式闪耀光栅(I)和第二反射式闪耀光栅(3)反射后沿着与入射光束A相反的方向入射到偏振分光镜(2)，并在偏振分光镜(2)上反射后依次经偏振片(4)和成像光学系统(5)投射到干涉图样接收面(6)上； 所述第二光束A12依次经第二反射式闪耀光栅(3)和第一反射式闪耀光栅(I)反射后沿着与入射光束A垂直的方向入射到偏振分光镜(2)，并经偏振分光镜(2)透射后依次经偏振片(4)和成像光学系统(5)后投射到干涉图样接收面(6)上； 所述干涉元件是针对平行的入射光束A在所述干涉图样接收面(6)上获得干涉图样。2.根据权利要求1所述的基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，其特征是:所述偏振分光镜(2)设置为与入射光束A成45°角;所述第一光束Al I在所述第一反射式闪耀光栅(I)上的入射角为22.5°;所述第二光束A12在所述第二反射式闪耀光栅(3)上的入射角为22.5。。3.根据权利要求1所述的基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，其特征是: 令:第一光束All在所述第一反射式闪耀光栅(I)上的入射角为al，出射角为a2; 第一光束All在所述第二反射式闪耀光栅(3)上的入射角为bl，出射角为b2; 第二光束A12在所述第二反射式闪耀光栅(3)上的入射角为Cl，出射角为c2; 第二光束A12在所述第一反射式闪耀光栅(I)上的入射角为dl，出射角为d2; 并令:a = a2_al，b = b2_bl，c = c2_cl，d = d2_dl 设置第一反射式闪耀光栅(I)和第二反射式闪耀光栅(3)的闪耀方向，使得在a、b、c和d之间存在如下关系:3 =匕=(-0) = (-(1)。4.根据权利要求1所述的基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，其特征是:所述偏振片(4)设置为其透光轴与其入射的两束偏振方向相互垂直的线偏振光的偏振方向均成45° 角。5.根据权利要求1所述的基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，其特征是:所述第一反射式闪耀光栅(I)和第二反射式闪耀光栅(3)为相同器件。6.根据权利要求1所述的基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，其特征是:所述所述第一反射式闪耀光栅(I)和第二反射式闪耀光栅(3)的一级衍射效率不低于80%。7.根据权利要求1所述的基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，其特征是:所述偏振分光镜(2)对于P光具有不低于85%的反射效率;对于S光具有不低于85%的透射效率。8.根据权利要求1所述的基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，其特征是:所述干涉图样接收面(6)是处在所述成像光学系统(5)的焦平面上。9.根据权利要求1所述的基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，其特征是:所述第一反射式闪耀光栅(I)、第二反射式闪耀光栅(3)和偏振分光镜(2)为集成器件。10.根据权利要求1所述的基于反射式闪耀光栅的简化Sagnac干涉元件，其特征是:所述集成器件按如下方式制作:在一块BK7或者其它同级别的光学玻璃上切下一五棱柱体，在所述五棱柱体的第一面(21)和第二面(23)上分别形成第一反射式闪耀光栅(I)和第二反射式闪耀光栅(3)，所述第一面(21)和第二面(23)之间间隔有底面(22);令:与所述底面(22)相对的棱边为顶边(24)，顶边(24)所在的角为五棱柱的顶角，按如下两种不同的方式形成偏振分光镜(2): 方式一:对于五棱柱体，过其顶边(24)以及底面(22)的中心位置进行切分，形成两个相对的切分面(25);在任一切分面(25)上形成偏振分光镜(2);再原位粘合五棱柱体，完成五棱柱体集成器件的制作； 方式二:对于五棱柱体，在顶角位置处切下一长方体，再将长方体在对角线位置上进行切分，形成对角线位置上的两个切分面(25)，在任一切分面(25)上形成偏振分光镜(2);再依次原位粘合长方体和五棱柱体，完成五棱柱体集成器件的制作。
【文档编号】G01B9/02GK106052550SQ201610291271
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】金施群, 邢金玉, 严成宸, 闫真真, 侯少阳
【申请人】合肥工业大学