[發(fā)明專利]基于階梯相位反射鏡與光開關(guān)陣列的紅外干涉光譜儀

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711380878.2
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108120505A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)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(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙) 22210
• 代理人: 陶尊新

基于階梯相位反射鏡與光開關(guān)陣列的紅外干涉光譜儀，涉及紅外光譜探測與紅外光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，解決傳統(tǒng)時間調(diào)制傅里葉變換紅外光譜儀由于采用高精度的動鏡驅(qū)動系統(tǒng)帶來的體積大、重量沉等問題，并存在空間調(diào)制傅里葉變換紅外光譜儀由于采用制冷型紅外面陣探測器帶來的成本高等問題，由光源、準(zhǔn)直鏡、分束器、橫向階梯相位反射鏡、縱向階梯相位反射鏡、光開關(guān)陣列、聚焦鏡和點探測器組成。本發(fā)明利用兩個階梯相位反射鏡分別對被分束器分開的兩個正交的相干光場進(jìn)行分布式相位調(diào)制，并利用光開關(guān)陣列與點探測器對干涉光場進(jìn)行振幅調(diào)制實現(xiàn)分步式選通和探測的光譜儀。本發(fā)明降低了成本，具有微小型化、輕量化、低成本、便攜性好等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紅外光譜探測與紅外光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅外干涉光譜儀器，具體涉及一種分別利用階梯相位反射鏡和光開關(guān)陣列對光場進(jìn)行相位調(diào)制和振幅調(diào)制的紅外干涉光譜儀。

背景技術(shù)

紅外干涉光譜技術(shù)是近半個世紀(jì)以來取得巨大突破并得到迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，具有靈敏度高、波數(shù)準(zhǔn)確、重復(fù)性好等優(yōu)點。根據(jù)未知物紅外光譜中吸收峰的強(qiáng)度、位置和形狀，可以確定未知物分子中包含有哪些基團(tuán)，進(jìn)而推斷未知物的結(jié)構(gòu)組成。傅里葉變換紅外光譜儀是紅外干涉光譜儀器的一種，由于具有多通道、高通量、高精度和雜散光低等優(yōu)點，具有十分明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。目前研究比較廣泛的傅里葉變換紅外光譜儀分為時間調(diào)制型和空間調(diào)制型，時間調(diào)制型采用動鏡掃描結(jié)構(gòu)，高精度的動鏡驅(qū)動系統(tǒng)增加了儀器的體積和重量，對其便攜式應(yīng)用產(chǎn)生了一定的限制。而空間調(diào)制型采用制冷型紅外面陣探測器，制冷型紅外面陣探測器的價格十分昂貴，從而限制了其應(yīng)用的領(lǐng)域。近年來，隨著一些高新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的出現(xiàn)和發(fā)展，如資源勘探、環(huán)境監(jiān)控、氣象監(jiān)測、生命科學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程應(yīng)用，對于微小型化、輕量化、高性價比、可進(jìn)行便攜式探測和在線分析的紅外光譜儀器提出了十分迫切的使用需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決傳統(tǒng)時間調(diào)制傅里葉變換紅外光譜儀由于采用高精度的動鏡驅(qū)動系統(tǒng)帶來的體積大、重量沉等問題，并解決空間調(diào)制傅里葉變換紅外光譜儀由于采用制冷型紅外面陣探測器帶來的成本高等問題，提出一種基于階梯相位反射鏡與光開關(guān)陣列的紅外干涉光譜儀。

基于階梯相位反射鏡與光開關(guān)陣列的紅外干涉光譜儀，包括光源、準(zhǔn)直鏡、分束器、橫向階梯相位反射鏡、縱向階梯相位反射鏡、光開關(guān)陣列、聚焦鏡和點探測器，光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直鏡后變?yōu)槠叫泄馐銎叫泄馐?jīng)分束器反射后的光束入射至橫向階梯相位反射鏡，經(jīng)分束器透射后的光束入射至縱向階梯相位反射鏡，所述橫向階梯相位反射鏡和縱向階梯相位反射鏡分別對入射的光束進(jìn)行空間分布式相位調(diào)制后再次經(jīng)分束器發(fā)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(guān)陣列上，所述光開關(guān)陣列中的每個光開關(guān)單元對干涉光場陣列中的每個干涉光場單元進(jìn)行分步式接收，并由聚焦鏡會聚到點探測器上，獲得干涉光強(qiáng)采樣序列；

所述橫向階梯相位反射鏡和縱向階梯相位反射鏡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(yīng)橫向階梯相位反射鏡的一個行反射鏡單元和縱向階梯相位反射鏡的一個列反射鏡單元；橫向階梯相位反射鏡上每個行反射鏡單元對應(yīng)一個相位調(diào)制量，縱向階梯相位反射鏡上每個列反射鏡單元對應(yīng)另一個相位調(diào)制量，當(dāng)橫向階梯相位反射鏡與縱向階梯相位反射鏡反射的光場發(fā)生干涉時，橫向階梯相位反射鏡上每個行反射鏡單元與縱向階梯相位反射鏡上每個列反射鏡單元對應(yīng)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(yīng)著一個不同的相位差；

出射的干涉光場陣列入射到光開關(guān)陣列上，所述光開關(guān)陣列中每個光開關(guān)單元對應(yīng)干涉光場陣列中的一個干涉光場單元，當(dāng)光開關(guān)陣列上某一個光開關(guān)單元處于開路狀態(tài)時，則干涉光場陣列中與該光開關(guān)單元所對應(yīng)的干涉光場單元通過，并經(jīng)聚焦鏡被點探測器接收；