太阳望远镜高分辨率宽光谱法布里玻罗干涉仪关键技术研究

The ultra-narrow-band filter is the core unit of the solar telescope. It can realize the fine "slices" of the image data in the spectral domain. The Fabry-Perot Interferometer (FPI) is the most effective way to achieve this function. This project is based on the research of NIR Fabry-Petot Interferometer. And in order to improve the theory of ultra-narrow-band filter, the research is focused on the key techniques which are important to the performance of FPI. The research content includes: studying the mathematical model of FPI, establishing the relationship between technical parameters and performance parameters to provide theoretical basis for the realization of the FPI; studying simultaneous high-precision absolute test, providing measurement approach for the ultra-high precision fabrication of FPI’s optical plates to ensure the high spectral resolution of the transmission light; studying the low stress and high uniformity multilayer coated method based on the ZnS and Na3AlF6 material to achieve the near-infrared wide-spectrum high-through and high finesse of the transmission spectrum curve; studying the real-time and high-precision control technique to realize the trinity PZT system based on the capacitive displacement sensor, establishing the model relationship between the PZT driver control and the dynamic shift of the FPI transmission spectrum curve to achieve the fast and stable scanning of FPI in wide spectral domain.

超窄带滤光器是太阳望远镜的核心单元，可以在光谱维实现对图像数据的精细“切片”，法布里玻罗干涉仪(FPI)是实现这一功能最有效的手段。本项目以近红外FPI为研究对象，在其数学模型的基础上着重研究制约其性能的关键技术，完善FPI超窄带滤波理论，并就其关键技术开展实验研究。内容包括：研究FPI数学模型，建立技术参数与性能参数之间联系，为实现FPI提供理论基础；研究同步高精度绝对检验，为FPI腔体面形的高精度加工提供检测方法，确保FPI透射光谱高分辨率；研究以ZnS和Na3AlF6交替错层膜系结构为基础的低应力、高均匀性多层膜镀制方法，在表面宽光谱高反特性的基础上促使FPI实现近红外宽光谱高透过及高锐度光谱曲线；研究基于电容位移传感器的三位一体PZT实时高精度闭环控制技术，建立PZT驱动控制与FPI光谱透过曲线动态平移之间的模型关系，实现FPI宽光谱快速、稳定扫描。

随着成像光谱技术的不断升温，其应用范围也在不断地扩大，对其要求也越来越高，新型成像光谱技术不断涌现。法布里玻罗干涉仪(FPI) 在光谱测量应用中可以实现光谱维实现对图像数据的精细 “切片”，且相比于传统的双光束干涉，基于多光束的法布里-珀罗干涉仪在光谱分辨率和系统轻小型性方面面具有很大的潜力，已经成为现阶段研究的热点。本项目以可调谐FPI 为研究对象，研究高分辨率宽光谱法布里玻罗干涉仪关键技术，实现高分辨率宽光谱范围的光谱信息测量。围绕这一目标，主要研究内容包括：研究FPI 多光束干涉数学模型，研究高精度FPI腔长控制技术，研究基于法布里-珀罗干涉仪的干涉光谱成像方法。针对以上研究内容，研究获得腔镜反射率以及腔长与FPI光谱特性的关系，并在模型中引入了FPI干涉腔反射镜的不平行度对光谱特性的影响，并研究多种镜面倾斜信息测量方法，为补偿控制提供数据指导；研制以压电陶瓷（PZT）位移作为驱动元件，用柔性铰链结构保证位移输出的精度以及稳定性的三位一体高精度FPI腔长扫描驱动与控制系统，制作完成可调谐FPI；研究提出基于FPI的干涉光谱成像方法，并以此为基础提出变形F-P腔干涉光谱成像装置，以及基于两级双Wollaston棱镜的新型共光路时间调制干涉光谱成像方法。本项目研究提出了新的光谱成像方法及装置，促进光谱成像技术进一步发展。