[发明专利]一种共光路角镜干涉仪及干涉方法

说明书

本发明涉及一种光谱测量技术中所使用的共光路角镜干涉仪，具体涉及一种大光程差高稳定性的共光路角镜干涉仪及干涉方法，克服了传统的干涉仪容易受到环境干扰以及光束能量利用率低的缺陷。干涉仪采用非对称直角角镜共光路分光结构，包括：半透半反分束器、平面反射镜、第一直角角镜、第二直角角镜、光程差元件，入射光被分为透射的第一光束和反射的第二光束，两光束分别经过平面反射镜和直角角镜多次反射后，被再次分光，其中两路光束沿垂直于入射光入射方向干涉输出，另外两路光束沿平行于入射光入射方向干涉输出。同时，本发明还提出了基于上述干涉仪的干涉方法。

技术领域

本发明涉及一种光谱测量技术中所使用的角镜干涉仪，具体涉及一种大光程差高稳定性的共光路角镜干涉仪及干涉方法。

背景技术

干涉仪是利用波的叠加性来获得波的相位信息，从而获得实验所关心的物理量。干涉仪在天文学、光学、工程测量、海洋学、波谱分析、遥感、雷达等精密测量领域都有广泛的应用。

干涉仪本身是极其敏感的部件，即便在几乎完全无震动的环境，微小的空气扰动或应力变化都会使得干涉条纹有较明显的抖动。传统的干涉仪包括非共光路干涉仪和共光路干涉仪。非共光路干涉仪如Michelson干涉仪、M-Z干涉仪，容易受到外界热力学变化的干扰，造成光程差的变化，进而造成干涉条纹的移动和相位的不稳定，由此会带来较大的仪器误差，使得测量不准确。共光路干涉仪如Sagnac干涉仪、点衍射干涉仪等，在环境适应性方面的性能一般比非共光路干涉仪更优越，获取的干涉条纹更加稳定、对比度更高。共光路干涉仪可以用于光学器件的面型检测，光谱图像信息的获取，也可以作为陀螺仪的核心部件。传统的基于分振幅的共光路干涉仪主要是Sagnac干涉仪，Sagnac干涉仪主要由分束器和2-3片平面反射镜组成，能够使得产生干涉的两路光路径几乎完全相同。理论上，因环境压强、温度变化同时作用于共光路干涉仪分出的两路光，因此造成的局部热力学变形和机械支撑件线膨胀引起的光程差误差将互相抵消，而形成非常稳定的干涉条纹。但是，光路中的光学元件反射平面镜本身因环境干扰产生的位置变化却无法消除，从而使光路产生微小变化，降低了干涉仪的稳定性。而且，在传统的干涉仪中，一般只利用一路干涉输出，光束能量利用率低。

发明内容

本发明的目的是提出一种共光路角镜干涉仪，以克服传统Sagnac干涉仪稳定性容易受到外部环境影响，以及光束能量利用率低的缺陷。本发明用直角角镜(也称为角锥棱镜)代替传统干涉仪中的平面反射镜，减小了环境干扰对稳定性的影响，容易实现精准的角度对准；而且，干涉仪采用共光路非对称分光结构，可以使输出的两路干涉光全部得到利用，极大地提高了能量利用率。

本发明所采用的技术方案是：一种共光路角镜干涉仪，其特殊之处在于，包括半透半反分束器、平面反射镜、第一直角角镜、第二直角角镜和光程差元件；

所述半透半反分束器将入射光分成透射的第一光束和反射的第二光束；

所述平面反射镜相对于半透半反分束器垂直设置；

所述第一直角角镜和第二直角角镜非对称设置于半透半反分束器的两侧，且第一直角角镜的基面与入射光入射方向平行，第二直角角镜的基面与入射光入射方向垂直；本发明中直角角镜的基面为光束入射面；

所述第一光束依次经过平面反射镜、第一直角角镜、平面反射镜、第二直角角镜、平面反射镜后，返回半透半反分束器，被分为第一透射光束和第一反射光束；

所述第二光束依次经过平面反射镜、第二直角角镜、平面反射镜、第一直角角镜、平面反射镜后，返回半透半反分束器，被分为第二反射光束和第二透射光束；

所述第一反射光束和第二透射光束与入射光平行；

所述光程差元件设置在第二光束从半透半反分束器反射后至返回到半透半反分束器光路的任意位置，或者设置在第一光束从半透半反分束器透射后至返回到半透半反分束器光路的任意位置，使第一光束与第二光束之间产生光程差。