[發明專利]靜態式傅立葉變換光譜儀

有效

• 申請號: 201680040186.0
• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN107949776B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 麥可·史查德
• 申請（專利權）人: 慕尼黑工業大學
• 主分類號: G01J3/453
• 分類號: G01J3/453;G01J3/02
• 代理公司: 北京寰華知識產權代理有限公司 11408
• 代理人: 林柳岑;于淑惠

本發明涉及一種靜態式傅立葉變換光譜儀(1)，包括分束器(2)、鏡裝置(3)和聚光器件(4)，其中所述分束器(2)將輸入光束(5)分成第一支路(6)并分成第二支路(7)，其中所述第一支路(6)被所述分束器反射，且所述第二支路(7)穿過所述分束器(2)，其中所述第一支路(6)在所述鏡裝置(3)處反射之后在不偏轉的情況下延伸到所述匯聚光學單元(4)，其中所述第二支路(7)在穿過所述分束器(2)之后在不偏轉的情況下延伸到所述匯聚光學單元(4)，且其中所述聚光器件(4)使所述第一支路(6)和所述第二支路(7)合并以用于干涉(13)。

技術領域

本發明涉及一種靜態式傅立葉變換光譜儀。

背景技術

傅立葉變換紅外光譜分析(FTIR光譜分析)由于其高信噪比和高光譜分辨率而已將其自身確立為用于對紅外輻射進行光譜分析的標準方法。由于各個分子對紅外輻射的吸收特性，能夠借助紅外光譜分析非破壞性地確定氣體、液體和固體的化學組合物。舉例來說，商業上使用眾多FTIR光譜儀以實現過程控制，例如在藥品生產中用于質量控制，或在牛奶廠中用于在線乳脂測量。

可商購的FTIR光譜儀由于其操作模式包含可移動組件，從而使得只有通過復雜且昂貴的補償技術才可能實現在不利環境條件(明確地說，溫度波動或振動)下對這種光譜儀進行操作。色散光譜儀通常在沒有移動零件的情況下以更低成本進行操作且因此呈現比FTIR光譜儀更大的穩固性。然而，由于色散光譜儀的作用模式(即，色散為波長且需要入射狹縫)，當波長紅外范圍越長(即，處于大于3微米的波長)時，其呈現的信噪比顯著越差。這兩個極端(一方面為FTIR光譜儀而另一方面為色散光譜儀)之間突出了靜態式FTIR光譜儀，所述靜態式FTIR光譜儀根據FTIR光譜儀的原理進行操作，但沒有移動零件。在傳統FTIR光譜儀中，信息隨時間以干涉圖的形式獲取，而在靜態式FTIR光譜儀中，通過檢測器陣列上的位置產生干涉圖。因此，FTIR光譜分析的優點能夠與色散光譜分析的優點相結合。產物是在紅外范圍內具有高信噪比的穩固光譜儀。另外，由于檢測器上可即時獲得靜態式結構中的干涉圖，因此原則上有可能實現極快測量速度。

然而，由于干涉圖在紅外波長范圍內的空間擴展和當前線檢測器技術，因此當前靜態式FTIR光譜儀無法實現傳統FTIR光譜儀在信噪比和光譜分辨率方面的性能。

本發明描述一種獨立于光源擴展操作且因此具有高光通量的新的靜態式FTIR光譜設備。其特征在于以下事實：所述新的靜態式FTIR光譜設備在光譜設備中展示出低得多的光損失且與現有相當設計相比展示出更低的材料消耗。此結構的關鍵是分束器的二次使用，第一次用于使紅外輻射分裂成兩個分光束，且第二次用于施加由于分束器的高折射率所致的恒定光學路徑差。

原則上，當前靜態式FTIR光譜儀的應用與常規FTIR光譜儀的那些應用相當，只要能夠容忍靜態式FTIR光譜儀的更低信噪比和更低光譜分辨率即可。由于材料和靜態式概念的較少使用，因此本發明的優點尤其在不利環境條件下顯現。因此，本發明能夠例如用于監測傳統FTIR光譜儀技術尚未在經濟上可行的生產過程。另外，有可能使用光纖傳感器技術來讀出具有低強度光源的光纖布拉格光柵。

現有技術

在現有技術、尤其是在以下三個群組中能夠發現在中紅外范圍內(在從3μm到20μm的波長范圍內)的穩固光譜儀。由于針對所述中紅外范圍的其它類型的光譜儀的技術實施方案與本發明顯著不同，因此此處將不再論述。

第一群組是時間調制FTIR光譜儀，所述時間調制FTIR光譜儀由于例如根據[1]的雙擺干涉儀或根據[2]的回射器等特殊技術而具有抗振動和溫度波動的穩固性，但也具有更高復雜性。在與傅立葉變換原理的使用相關聯的光譜帶寬、分辨率和信噪比方面的極佳性能使得此類型的光譜儀具有通用性。