[實(shí)用新型]一種實(shí)現(xiàn)多光程的裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020644211.6
• 申請(qǐng)日: 2010-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN201897660U
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏儒義;高曉惠;于濤;張學(xué)敏;胡柄樑;景娟娟;胡亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G02B17/08
• 分類號(hào): G02B17/08;G02B17/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 商宇科

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種實(shí)現(xiàn)多光程的方法及裝置。

背景技術(shù)

光譜技術(shù)是獲取物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成、物質(zhì)元素含量測(cè)定以及研究原子能級(jí)等的重要手段，目前已經(jīng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)、航空航天遙感等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

干涉光譜儀的出現(xiàn)克服了傳統(tǒng)的色散型光譜儀(分光棱鏡、色散棱鏡和衍射光柵等)能量利用率低的缺點(diǎn)，而時(shí)間調(diào)制型干涉光譜儀繼承了傳統(tǒng)干涉光譜儀的優(yōu)點(diǎn)，集多通道(Felleget優(yōu)點(diǎn))、高通量(Jacquinot優(yōu)點(diǎn))、波數(shù)準(zhǔn)確度高(Connes優(yōu)點(diǎn))及低噪聲、測(cè)量速度快等一系列優(yōu)點(diǎn)于一身。它擴(kuò)展了紅外光譜研究領(lǐng)域，近二十年來受到世界各國的廣泛關(guān)注并得到了快速發(fā)展。

但是傳統(tǒng)的時(shí)間調(diào)制型干涉光譜儀即邁克爾遜干涉儀存在兩個(gè)主要問題：①一般需輔助光路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；②穩(wěn)定性差，環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力低。這是因?yàn)橐环矫嬖趥鹘y(tǒng)邁克爾遜直線型動(dòng)鏡干涉儀中，動(dòng)鏡為平面鏡，在運(yùn)動(dòng)過程中如果發(fā)生傾斜，將嚴(yán)重影響干涉效率，甚至不能產(chǎn)生干涉；它對(duì)動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)的方向性要求也極其嚴(yán)格，故在直線型動(dòng)鏡干涉儀中需設(shè)置輔助光路，即利用激光對(duì)動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)的方向準(zhǔn)確性、速度均勻性、位移量等進(jìn)行實(shí)時(shí)精確監(jiān)測(cè)和修正。但是這種輔助光路同時(shí)增大了儀器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和實(shí)施的難度。另一方面，因?yàn)閷?duì)動(dòng)鏡勻速平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)且對(duì)傾斜晃動(dòng)要求很高，所以干涉儀對(duì)動(dòng)鏡的控制要求有一套高精度的動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。但是在實(shí)際的工程研制過程中，實(shí)現(xiàn)高精度的動(dòng)鏡直線驅(qū)動(dòng)和支撐系統(tǒng)仍然相當(dāng)困難。另外，動(dòng)鏡直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌道的加工工藝依賴性較強(qiáng)，雖然激光輔助光路在很大程度上減少了外界環(huán)境如抖動(dòng)或震動(dòng)對(duì)測(cè)量效果的影響，但是這種影響只能減弱并不能完全消除，致使系統(tǒng)穩(wěn)定性差，降低了此類光譜儀適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力和抗干擾能力。

針對(duì)時(shí)間調(diào)制型干涉光譜儀的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問題人們提出了多種解決途徑和方案。為避免平面鏡運(yùn)動(dòng)過程中傾斜的問題，干涉儀中的角鏡往往被其他抗傾斜的反射鏡替代，如二面角鏡(實(shí)心直角棱鏡、屋脊棱鏡或空心二面直角反射鏡)、立方角鏡(實(shí)心立方棱鏡或空心三面直角平面鏡)、貓眼鏡等。如果將以上三種反射器分別同時(shí)替代邁克爾遜干涉儀的角鏡和定鏡時(shí)，盡管對(duì)傾斜都不敏感，但都會(huì)遇到反射器橫移的問題。Carli等將一個(gè)屋脊棱鏡作為角鏡與另一個(gè)固定的屋脊棱鏡組合，但角鏡對(duì)橫移和某一方向的傾斜都敏感。Murty首先認(rèn)識(shí)到如果將立方角鏡與平面反射鏡組合一起，即將立方角鏡作為角鏡而將平面反射鏡作為固定鏡，則可以保證立方角鏡運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)傾斜和橫移都不敏感。Murty提出的這種立方角鏡干涉儀以及其他種立方角鏡干涉儀后來在時(shí)間調(diào)制干涉光譜儀中被普遍采用，因?yàn)榱⒎浇晴R的使用使得干涉儀所需的校準(zhǔn)精度比采用平面鏡時(shí)降低1個(gè)到2個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)干涉儀的光程由2程變?yōu)?程，使得干涉儀的光程差增大到原來的兩倍，相應(yīng)地角鏡移動(dòng)同樣的位移使得干涉儀的光譜分辨率增大到兩倍。因而這種方法也大大發(fā)展了該類型的光譜儀。但是到目前為止，由于多光程光學(xué)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，4倍程被認(rèn)為是增加干涉儀光程數(shù)量的合理極限。利用單個(gè)立方角鏡限于僅至多實(shí)現(xiàn)雙倍程，即立方角鏡位移量x，光程差變化4x，此時(shí)光譜分辨率提高到傳統(tǒng)邁克爾遜干涉儀的約2倍，或者相當(dāng)于在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)邁克爾遜干涉儀同等光譜分辨率的條件下測(cè)量時(shí)間和角鏡位移量減小到約1/2；或者利用雙立方角鏡僅限于實(shí)現(xiàn)四倍程，即角鏡位移量x，光程差變化8x，此時(shí)光譜分辨率提高到傳統(tǒng)邁克爾遜干涉儀的約4倍，或者相當(dāng)于在實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)邁克爾遜干涉儀同等光譜分辨率的條件下測(cè)量時(shí)間和角鏡位移量減小到約1/4。角鏡位移量的減小有利于對(duì)角鏡實(shí)現(xiàn)精確的姿態(tài)和驅(qū)動(dòng)控制，相反位移量的增大會(huì)相應(yīng)地增加測(cè)量時(shí)間和位移，從而增大干涉儀角鏡驅(qū)動(dòng)和支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，對(duì)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和工藝要求更加嚴(yán)格。

利用角鏡折疊光路增加有效光程往往出現(xiàn)在干涉儀中，而在分子光譜分析領(lǐng)域，在傳統(tǒng)的吸收光譜、拉曼光譜和光聲光譜、特別是高分辨光譜的實(shí)驗(yàn)中，人們往往采用多種光學(xué)長(zhǎng)程池以增大探測(cè)光通過被測(cè)樣品的有效光程，以提高探測(cè)靈敏度。在吸收光譜檢測(cè)中，對(duì)于固定的吸收介質(zhì)，可以讓探測(cè)光在樣品吸收池的入射和出射端面之間作多次往返通過吸收介質(zhì)，使得光束通過樣品的實(shí)際有效吸收光程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樣品吸收池的幾何長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)多光程吸收。常用的光學(xué)長(zhǎng)程池有White型、矩陣型和Herriott型。前兩種長(zhǎng)程池的特點(diǎn)是孔徑角較大，適用于普通光源和激光光源，但所用反射鏡較多。Herriott型長(zhǎng)程池的光學(xué)系統(tǒng)由兩個(gè)凹面反射鏡組成，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光路調(diào)節(jié)相對(duì)容易，但孔徑角較小，適用于激光光源。

實(shí)用新型內(nèi)容