2020

实验室研究人员在光学测风干涉仪研制方面取得重要进展

发布时间:2020-12-31 作者:
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使用光学干涉仪探测大气辐射光谱的Doppler效应,可以反演中性大气风场,且是目前探测高层大气中性风场的唯一方法。对于中高层大气中性风场的探测,目前使用较多的主要是传统光学干涉仪器,如广角的Michelson干涉仪和Fabry-Perot(F-P)干涉仪。多普勒非对称空间外差干涉仪是在空间外差光谱干涉技术原理的基础上进一步改进而成的迈克尔逊型干涉仪,具有大视场、超高分辨率、高通量、无动镜、工艺简单和重量轻、尺寸小的特点,且可同时探测多条谱线,通过面阵探测器可以一次探测含有高度剖面信息的大气风场。由于空间外差光谱干涉技术具有传统光学仪器无可比拟的优势和应用前景,该项技术已经引起欧美等大国的重视,并开展了相关研究。目前,我国科研人员紧跟技术发展前沿,对空间外差光谱干涉技术进行了长期深入的研究。

最近实验室朱亚军等人与德国于利希研究中心魏大康博士等合作在前期工作的基础上研制了新一代的多普勒非对称空间外差干涉仪用于探测高层大气气辉辐射的多普勒效应获取大气风场信息,并对该款干涉仪的各项性能进行了详细的数值模拟和实验测试,干涉仪的视场角为9°,衬比度优于0.8的设计指标,空间频率的热稳定性为0.0154 cm-1/℃,光学相位差的热稳定性为0.469 rad/℃,大大优于美国海军实验室人员设计并使用的地基非对称空间外差测风干涉仪REDII的1.25 rad/℃ 和ICON卫星任务非对称空间外差干涉仪MIGHTI载荷的4.29 rad/℃。


该研究的部分成果发表在美国光学学会OSA旗下的著名期刊Optics Express上。审稿人给了较高的评价:“这里展示的工作为将来制造同样的或类似的光学干涉仪打下了良好的基础。我非常期待看到未来基于此系统的探测结果。”(The work presented here establishes a good baseline for a future instrument that incorporates this or similarly constructed interferometers. I look forward to reading about future measurements performed with this system)

文章发表信息:

Daikang Wei, Yajun Zhu*, Jilin Liu, Qiucheng Gong, Martin Kaufmann*, Friedhelm Olschewski, Peter Knieling, Jiyao Xu, Ralf Koppmann, and Martin Riese, "Thermally stable monolithic Doppler asymmetric spatial heterodyne interferometer: optical design and laboratory performance," Opt. Express 28, 19887-19900 (2020)

https://doi.org/10.1364/OE.394101



图1. 装配完成的模块化非对称空间外差干涉仪

图2. 非对称空间外差干涉仪探测到的斐索干涉条纹

图3. 非对称空间外差干涉仪热稳定特性测试结果