[發明專利]基于階梯相位反射鏡與光開關陣列的紅外干涉光譜儀

在審

• 申請號: 201711380878.2
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108120505A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 梁中翥;呂金光;梁靜秋;孟德佳;陶金;王維彪;秦余欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/453
• 分類號: G01J3/453;G01J3/447;G01J3/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙) 22210
• 代理人: 陶尊新

1.基于階梯相位反射鏡與光開關陣列的紅外干涉光譜儀，包括準直鏡(2)、分束器(3)、橫向階梯相位反射鏡(4)、縱向階梯相位反射鏡(5)、光開關陣列(6)、聚焦鏡(7)和點探測器(8)，光源(1)發出的光束經準直鏡(2)后出射平行光束，所述平行光束經分束器(3)反射后入射至橫向階梯相位反射鏡(4)，經分束器透射后的光束入射至縱向階梯相位反射鏡(5)，所述橫向階梯相位反射鏡(4)和縱向階梯相位反射鏡(5)分別對入射的光束進行空間分布式相位調制后再次經分束器(3)發生干涉，形成干涉光場陣列；所述干涉光場陣列入射到光開關陣列(6)上，所述光開關陣列(6)中的每個光開關單元對干涉光場陣列中的每個干涉光場單元進行分步式接收，并由聚焦鏡(7)會聚到點探測器(8)上，獲得干涉光強采樣序列；其特征是；

所述橫向階梯相位反射鏡(4)和縱向階梯相位反射鏡(5)將入射光場分割成多個光場單元，并且每一個光場單元對應橫向階梯相位反射鏡(4)的一個行反射鏡單元和縱向階梯相位反射鏡(5)的一個列反射鏡單元；橫向階梯相位反射鏡(4)上每個行反射鏡單元對應一個相位調制量，縱向階梯相位反射鏡(5)上每個列反射鏡單元對應另一個相位調制量，當橫向階梯相位反射鏡(4)與縱向階梯相位反射鏡(5)反射的光場發生干涉時，橫向階梯相位反射鏡(4)上每個行反射鏡單元與縱向階梯相位反射鏡(5)上每個列反射鏡單元對應的干涉光場具有一個相位差，出射光場為具有空間相位差分布的干涉光場陣列，且每一個干涉光場單元對應著一個不同的相位差；

出射的干涉光場陣列入射到光開關陣列(6)上，所述光開關陣列(6)中每個光開關單元對應干涉光場陣列中的一個干涉光場單元，當光開關陣列(6)上某一個光開關單元處于開路狀態時，則入射光場與該光開關單元所對應的干涉光場單元通過，并經聚焦鏡(7)被點探測器(8)接收；

設定橫向階梯相位反射鏡(4)有M個行反射鏡單元，每個行反射鏡單元的寬度為a，縱向階梯相位反射鏡(5)有N個列反射鏡單元，每個列反射鏡單元的寬度為b，所述光開關陣列(6)中每個光開關單元的尺寸為s×t，光開關陣列(6)數目為K×L，所述光開關陣列(6)的每個光開關單元與干涉光場陣列的每個干涉光場單元一一對應，設定光開關陣列(6)中每個光開關單元的尺寸滿足關系s≤a，t≤b，且光開關陣列(6)的陣列數目滿足K≥M，L≥N；

所述分束器(3)為帶有柵棱結構的輕型分束器由柵棱、分束窗和分束膜組成，所述柵棱對分束器進行空間分割形成分束窗陣列，分束膜位于分束窗上表面或分束窗和柵棱的上表面，柵棱對分束膜起支撐作用；

柵網分束器中的柵棱在橫向的寬度是其縱向寬度的倍，分束窗在橫向的寬度是其縱向寬度的倍，分束窗在橫向和縱向的占空比相同；

所述柵網分束器中的柵棱寬度范圍為1nm-100cm，分束窗寬度范圍為1nm-100cm；柵棱厚度范圍為1nm-100cm，分束窗厚度范圍為1nm-100cm；

所述柵網分束器中的柵棱的剖面結構為單面矩形、單面平行四邊形、單面梯形、雙面矩形、雙面平行四邊形或雙面梯形。

2.根據權利要求1所述的基于階梯相位反射鏡與光開關陣列的紅外干涉光譜儀，其特征在于；采用超精密機械加工方法和MOEMS技術實現分束器的制備；

采用超精密機械加工方法制備過程為：在基底上通過一體切割、研磨及拋光技術獲得柵棱和分束窗，再整體蒸鍍分束膜，完成器件制備；

采用MOEMS技術實現分束器的制備由以下步驟實現：

步驟一、選取單晶硅作為基底，并在所述單晶硅表面制備掩蔽膜；

步驟二、定向光刻，通過刻蝕法去除邊槽圖形內的掩蔽膜，露出邊槽圖形；采用單晶硅各向異性腐蝕液腐蝕邊槽，邊槽腐蝕深度等于分束窗最終的厚度；

步驟三、第二次光刻，通過刻蝕去除分束窗圖形內的掩蔽膜，露出分束窗圖形；采用單晶硅各向異性腐蝕液同時腐蝕邊槽和分束窗，腐蝕深度至邊槽腐蝕到厚度為0，分束窗達到最終的厚度；

步驟四、去除柵棱表面的掩蔽膜，整體蒸鍍分束膜，完成分束器的制備。