高热稳定性测风Fabry-Perot干涉仪标准具的设计

孙剑; 冯玉涛; 白清兰; 王咏梅; 汶德胜

doi:10.3788/OPE.20132105.1167

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高热稳定性测风Fabry-Perot干涉仪标准具的设计

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2020-08-12

- 高热稳定性测风Fabry-Perot干涉仪标准具的设计
- Design of thermal stable Fabry-Perot etalon for measuring wind
- 光学精密工程 2013年21卷第5期页码：1167-1173
- 作者机构：
  
  中国科学院西安光学精密机械研究所2. 中国科学院国家空间科学中心
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  大尺寸有障碍空间角度与基面位置测量的关键技术()
- DOI：10.3788/OPE.20132105.1167
  中图分类号： P414.7
- 收稿日期：2012-11-12，
  
  修回日期：2013-01-22，
  
  网络出版日期：2013-05-24，
  
  纸质出版日期：2013-05-15
- 稿件说明：
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孙剑冯玉涛白清兰王咏梅汶德胜. 高热稳定性测风Fabry-Perot干涉仪标准具的设计[J]. 光学精密工程, 2013,21(5): 1167-1173

SUN Jian FENG Yu-tao BAI Qing-lan WANG Yong-mei WEN De-sheng. Design of thermal stable Fabry-Perot etalon for measuring wind[J]. Editorial Office of Optics and Precision Engineering, 2013,21(5): 1167-1173
孙剑冯玉涛白清兰王咏梅汶德胜. 高热稳定性测风Fabry-Perot干涉仪标准具的设计[J]. 光学精密工程, 2013,21(5): 1167-1173 DOI： 10.3788/OPE.20132105.1167.

SUN Jian FENG Yu-tao BAI Qing-lan WANG Yong-mei WEN De-sheng. Design of thermal stable Fabry-Perot etalon for measuring wind[J]. Editorial Office of Optics and Precision Engineering, 2013,21(5): 1167-1173 DOI： 10.3788/OPE.20132105.1167.

摘要

针对星载测风Fabry-Perot（F-P）干涉仪的核心部件F-P标准具的热稳定性对测风精度的影响，从标准具结构设计角度(材料、形状和固定方式)分析了标准具的热稳定性，并给出最优设计方案。通过对光学元件结构尺寸的优化设计，得出了F-P标准具光学元件的最佳形状尺寸，即平板厚度为25 mm，间隔元件的角度为40。采用柔性结构固定方式，计算了F-P标准具机械结构的形状尺寸。最后基于有限元法，分析了光学组件和整个标准具的热变形。分析结果显示，当环境温度变化0.1℃时，光学组件平板中心间隔变化量为0.64 nm，整个标准具平板中心间隔变化量为 0.28 nm，通光口径边缘处间隔变化量为0.2 nm，相对于波长为630 nm的气辉光谱线约为/2 250和/3 150，并且平板间隔变化量沿着径向向外逐渐减小。得到的结果显示，优化设计后的结构参数满足风速为5 m/s时测量精度对热稳定性的要求，同时满足力学性能要求。

Abstract

In consideration of the effect of thermal stability of a Fabry-Perot(F-P) etalon in the satellite-borne F-P interferometer on wind measurement

this paper analyzes the thermal stability of the F-P etalon from its construction design including materials

shapes and fixed forms

then

it optimizes the design. With optimization design

the optical elements in the etalon are constructed

which shows that the two plates are all 25 mm thick

and the spacers are all 40 in angles. Then

the dimensions of mechanical structure of the etalon are calculated using flexible structure. Finally

the thermal distortions of optical elements and the etalon are discussed. It shows that the gap dimension changes in the centers of the optical elements and the etalon are 0.64 nm and 0.28 nm and the gap dimension change of the etalon is 0.2 nm when the temperature changes 0.1 ℃. Furthermore

the airglow spectral lines are ~/2 250 and ~/3 150 at 630 nm respectively

and the gap dimension changes of the etalon fall along the radius from the center to the verge. These results demonstrate that optimized structure parameters meet the requirements of measuring accuracy for thermal stability and mechanical stability at a wind velocity of 5 m/s.

关键词

Keywords

references

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