近红外星载风温成像干涉仪的设计和仿真

发布时间：2022-01-08 15:04

　　临近空间风温遥感技术是研究大气动力学、热力学特性的重要手段,也是提高空间天气数值预报准确性的必要途径。针对临近空间大气风温遥感探测需求,通过分析临近空间风场和温度的探测原理和方法,并比较现有星载被动风温探测方式,提出了一种基于视场展宽迈克尔逊干涉仪的近红外星载风温成像干涉仪,其工作波长为O₂分子在1.27μm的谱线,探测范围覆盖整个临近空间。论述了系统工作原理和设计过程,其中,重点阐述了兼具视场展宽、色差矫正、温度补偿功能的Michelson干涉仪和用于对O₂分子谱线鉴频的F-P干涉仪的设计,并进行了模拟仿真实验。仿真结果表明风速测量误差为18.98%,可满足临近空间大气风场和温度场探测要求。 

【文章来源】：光学与光电技术. 2020,18(06)

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

近红外星载风温成像迈克尔逊干涉仪原理结构

如图2所示，两个正交的指向望远镜对临近空间分时成像，从而实现二维风场和温度场的观测。Michelson干涉仪则对光信号进行相位调制，产生干涉条纹。根据干涉条纹的变化计算谱线的频移和展宽反演出临近空间风温信息。为了获取相位连续变化的干涉条纹，采用“四步法”[14-16]：改变干涉臂后空气间隙厚度，在基准光程差附近产生0、λ4、λ2和3λ2光程差，形成连续相位差为π4的干涉图像。由于谱线最小波长间隔仅为0.2 nm，采用F-P作为鉴频手段。F-P视场角较小，所以需经望远镜2扩束准直。光束经过滤光片和F-P后，被二向色分光片分成强辐射和弱吸收两个通道，分别经成像系统成像。系统指标如表2所示。

考虑实际使用环境，Michelson干涉仪应满足视场展宽、消色差和消热差。合理设置干涉臂的玻璃材料和长度，可以实现视场展宽[18]。多边形分光棱镜减小光束在分光面处的入射角度，降低光能损耗[19]。迈克尔逊干涉仪结构如图3所示。Michelson光程差：

【参考文献】：
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博士论文
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本文编号：3576773