一种fwmi光谱滤光器调整与性能测试装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于激光雷达技术领域，特别是涉及一种FWMI (视场展宽迈克尔逊干涉 仪）光谱滤光器调整和性能测试装置及方法。
【背景技术】
[0002] 视场展宽迈克尔逊干涉仪（FWMI)光谱滤光器是一类特殊的干涉仪，它是在普通 的迈克尔逊干涉仪（MI)的结构基础上，通过选取特殊的玻璃材料来构成干涉仪的两干涉 臂，从而使两干涉臂的折射率和长度达到匹配状态。最终的结果是，该干涉仪的光程差 (OPD)随入射光角度的变化非常缓慢。因为FWMI的该特性，将它用作高光谱分辨率激光雷 达（HSRL)的光谱滤光器是非常有利的。在设计FWMI时，通过精心的光学配置，常常可以将 FWMI的可接收视场扩展到数度。将其用于HSRL滤光器能够极大的提高进入系统的光通量， 从而保证较高的信噪比。因此，FWMI的视场性能好坏直接决定了 HSRL进行参数反演的精 度。
[0003] 当FWMI设计完成后，需要对其可调干涉臂进行调整，以达到最佳的视场展宽性 能；同时，对其视场性能的定量测试也显得非常重要。该测试需要确定FWMI光程差(PD随 入射光视场角的关系，以判定所设计的FWMI能否达到用于HSRL的要求。要完成FWMI的调 整与测试，有两个方面的难点。第一，需要使用同被测FWMI所在的HSRL系统激光频率完全 一致的激光光源作为参考光源。这是因为，在HSRL技术中，激光器的频率决定了大气散射 谱的中心频率，从而也决定了 FWMI所处理的光谱成分。因此，调整和测试FWMI所用的激光 光谱应该和FWMI工作时所处理的光谱完全一致，否则，测试得到的结果是无意义的。但是， HSRL所用的激光器是用于向大气中发射探测信号的，其功率通常在数瓦的量级，是不适于 用来做FWMI检测光源的。而且，HSRL中的激光光源是重复频率很低的脉冲激光器，其光斑 质量往往较差且由于脉冲的不断闪烁也给调整和测试工作带来困难。第二，要测试FWMI的 视场性能，即需要验证FWMI的(PD对不同入射角的光保持几乎不变。容易想到的方法是保 持平行入射光方向不变的情况下不断转动FWMI的放置角度并测试其光程差。但是这种方 案操作起来十分麻烦，当FWMI的放置角度改变时需要对应调整信号探测器的摆放以使信 号仍然能被探测到。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服上述难点，提出了一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试的 装置及方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0006] 一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试装置，包括激光器、孔径光阑、针孔滤波器、 第一消球差透镜、第二消球差透镜、视场光阑、第三消球差透镜、CCD相机、分光系统a和 FWMI主体b ;
[0007] 分光系统a包括第一楔形镜、激光分色镜、第二楔形镜、第三楔形镜和第四楔形 镜；激光器发射的高功率激光首先通过分光系统a做能量衰减。具体的，激光器发射的激 光首先经第一楔形镜反射，其中5%的能量被反射至激光分色镜，激光分色镜将激光中的 532nm波段的激光筛选出来，筛选出的532nm波段激光连续被第二楔形镜、第三楔形镜和第 四楔形镜反射，每次反射将会选出5%的激光能量；
[0008] 从分光系统a出射的激光经过孔径光阑后，进入针孔滤波器做空间滤波以平滑光 斑能量分布；然后再经过第一消球差透镜准直成平行光，从第一消球差透镜出来的激光将 同时具有平滑、准直和扩束的效果；随后激光被第二消球差透镜转换成汇聚球面波并进入 FWMI主体b ;
[0009] 所述的FWMI主体b包括FWMI立方分光棱镜、玻璃壁和空气臂；其中空气臂的末端 设置有FWMI反射镜，且该FWMI反射镜同时连接在微位移器上；进入FWMI主体b的激光首 先在FWMI立方分光棱镜处分成两束；其中反射束被FWMI反射镜反射回来后再透过FWMI立 方分光棱镜，并射出FWMI主体b ;而透射束通过玻璃壁后再反射回FWMI立方分光棱镜，并 被FWMI立方分光棱镜反射出FWMI主体b ;从FWMI主体b出射的光束形成干涉图后，首先 经过视场光阑，穿过视场光阑的光束的干涉图被第三消球差透镜成像到探测器CCD上。 [0010] 所述的CCD在采集穿过视场光阑的光束的干涉图时，需要使用其同步触发模式， 使图像采集过程和激光器的脉冲发射过程完全同步。
[0011] 所述的第一消球差透镜的焦距是针孔滤波器中透镜焦距的4-5倍。
[0012] 所述的第一楔形镜、第二楔形镜、第三楔形镜和第四楔形镜的楔角大于10度。
[0013] 一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试装置的使用方法，具体包括如下步骤：
[0014] 步骤1.调节孔径光阑和视场光阑的大小，使入射进探测器C⑶的球面波呈现一定 的发散角；
[0015] 所述的发散角大于1度；
[0016] 步骤2.放置FWMI反射镜，使其位置与FWMI立方分光棱镜的距离大于理论设计的 值；
[0017] 步骤3.将FWMI反射镜逐步向FWMI立方分光棱镜推进，当FWMI反射镜近似达到 了最优位置时，停止推进；
[0018] 所述的步骤3在推进过程中将会看到环形干涉条纹的变化；随着FWMI反射镜向最 优位置的靠近，干涉图上条纹变得越来越少，直至干涉图内出现视觉上最少干涉环，此时说 明FWMI反射镜近似达到了最优位置，停止推进；
[0019] 步骤4.通过微位移器对步骤3得到的FWMI反射镜的最优位置进行精密调整；
[0020] 所述的步骤4精密调整如下：
[0021] 按一定的步长间隔扫描微位移器，使FWMI反射镜做微米级的步进；每运动一步， 在该位置做四步移相干涉图记录；所述的四步移相，是指从某个位置开始，按照λ/4的间 隔移动反射镜，每移动一步便采集一幅干涉图，按此过程拍摄四帧原始干涉图；
[0022] 步骤5.划定得到原始干涉图的有效孔径；
[0023] 5-1.以原始干涉图的对比度作为判定依据，设得到的原始干涉图的光强分别表示 为I 1, I2, ...，I4，则能够计算如下几个量：
【主权项】
1. 一种FWMI光谱滤光器调整和性能测试装置，其特征在于包括激光器、孔径光阑、针 孔滤波器、第一消球差透镜、第二消球差透镜、视场光阑、第三消球差透镜、CCD相机、