[發明專利]微型轉動掃描傅里葉變換光譜儀

有效

• 申請號: 201310444659.1
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN104515596B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 徐曉軒;李昊宇;王斌
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明為一種傅里葉變換光譜儀，以轉動掃描方式實現光程差改變，屬于光譜分析儀器，主要涉及光譜儀器設計領域。

背景技術

傅里葉變換光譜儀是光譜分析的有力工具，目前已有一些通過轉動掃描來實現光程差改變的技術，如專利CN2108288中提到的一種方法，其光路圖如圖1。這種方法是將轉動裝置至于兩個光路分支的交匯處，通過轉動裝置的旋轉使兩個光路分支的光程均發生改變，其特點是結構簡單，光程差范圍較大，適用于各種光譜區工作。但由于其轉動裝置位于兩光路分支交匯處，需要額外占用空間，且所用光學器件較多，可能存在某些潛在的不穩定因素。本發明將旋轉裝置至于一個光路分支中，在另一光路分支中用補償裝置補償光路，可以大大縮小光譜儀體積，使本儀器的體積為上述光譜儀體積的一半。

發明內容

本發明的主要光路圖如圖2所示。其中元件1為光闌，主要作用是控制輸入光束的大小，可以根據實際需要來設置。元件2為透鏡，主要作用為將光束變為平行光。元件3為分束器，其可將入射光束一分為二。元件4轉動裝置，光學部分為方形光學材料，如若進行紅外波段測量，則它的材料可選為硒化鋅。它由伺服電機驅動，通過旋轉產生光程差。元件5和7為平面反射鏡，如果入射光束與分束器成45度角，平面反射鏡也成45度角，那么入射到反射鏡上的光束將原路返回。元件6為光程補償裝置，當轉動裝置的旋轉角為零時，上支路的光垂直通過轉動裝置仍然會產生光程差，所以在下支路與光束垂直的方向放置補償裝置來抵消旋轉角為零時的光程差。元件8為會聚鏡，可將光束會聚到一點。元件9為光學探測器，接收光學信息。比較圖1和圖2可發現本儀器的體積僅為圖1所示儀器體積的一半。

下面計算光程差隨旋轉角的改變：

當旋轉角為0度時，各參數設置如圖3所示。下支路的光程差可以直接求出，且在轉動裝置轉動過程中下支路光程差不變。所以光程差計算的主要工作集中在上支路。以O為原點沿水平和豎直方向建立坐標系，用解析幾何的方法計算各段光路的光程。

當旋轉角為θ時，如圖4所示。設旋轉體兩邊所在直線為l₁和l₂，可以寫出其方程：

其中d為轉動裝置的厚度。

入射光線所在直線的方程為y=x，設其與l₁相交與點S₁(x₁，y₁)

方程聯立解得：

y₁=x₁

當光在轉動裝置內部時的光程計算如圖5所示。在轉動裝置內部的光線所在的直線方程設為l₃，其與法線的夾角設為α，轉動裝置的折射率設為n，則由折射定律可以求出α的數值。

l₃的方程可寫為：

l₃：y=tan(45-θ+α)x+y₁-tan(45-θ+α)x₁

設l₃與l₂相交于點S₂(x₂，y₂)，方程聯立解得：

y₂=tan(45-θ+α)x₂+y₁-tan(45-θ+α)x₁

設從轉動裝置中出射光線所在方程為l₄，平面反射鏡所在方程為l₅，設l₄與l₅相交于點S₃(x₃，y₃)

l₄：y=x+y₂-x₂

l₅：y=-x+40

方程聯立得：

y₃=-x₃+40

所以上支路光程為：

L₁=|OS₁|+|S₁S₂|+|S₂S₃|