[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

基于階梯相位反射鏡與光開關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領域，解決傳統時間調制傅里葉變換紅外光譜儀由于采用高精度的動鏡驅動系統帶來的體積大、重量沉等問題，并存在空間調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、光開關陣列、聚焦鏡和點探測器組成。本發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行分布式相位調制，并利用光開關陣列與點探測器對干涉光場進行振幅調制實現分步式選通和探測的光譜儀。本發明降低了成本，具有微小型化、輕量化、低成本、便攜性好等優點。

技術領域

本發明涉及紅外光譜探測與紅外光譜分析技術領域，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陣列對光場進行相位調制和振幅調制的紅外干涉光譜儀。

背景技術

紅外干涉光譜技術是近半個世紀以來取得巨大突破并得到迅速發展的科學技術，具有靈敏度高、波數準確、重復性好等優點。根據未知物紅外光譜中吸收峰的強度、位置和形狀，可以確定未知物分子中包含有哪些基團，進而推斷未知物的結構組成。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點，具有十分明顯的應用優勢。目前研究比較廣泛的傅里葉變換紅外光譜儀分為時間調制型和空間調制型，時間調制型采用動鏡掃描結構，高精度的動鏡驅動系統增加了儀器的體積和重量，對其便攜式應用產生了一定的限制。而空間調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，從而限制了其應用的領域。近年來，隨著一些高新科學技術領域的出現和發展，如資源勘探、環境監控、氣象監測、生命科學等領域的科學研究和工程應用，對于微小型化、輕量化、高性價比、可進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。

發明內容

本發明為解決傳統時間調制傅里葉變換紅外光譜儀由于采用高精度的動鏡驅動系統帶來的體積大、重量沉等問題，并解決空間調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陣列的紅外干涉光譜儀。

基于階梯相位反射鏡與光開關陣列的紅外干涉光譜儀，包括光源、準直鏡、分束器、橫向階梯相位反射鏡、縱向階梯相位反射鏡、光開關陣列、聚焦鏡和點探測器，光源發出的光經準直鏡后變為平行光束，所述平行光束經分束器反射后的光束入射至橫向階梯相位反射鏡，經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行空間分布式相位調制后再次經分束器發生干涉，形成干涉光場陣列；所述干涉光場陣列入射到光開關陣列上，所述光開關陣列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，并由聚焦鏡會聚到點探測器上，獲得干涉光強采樣序列；

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一個相位調制量，縱向階梯相位反射鏡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與縱向階梯相位反射鏡反射的光場發生干涉時，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上，所述光開關陣列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，當光開關陣列上某一個光開關單元處于開路狀態時，則干涉光場陣列中與該光開關單元所對應的干涉光場單元通過，并經聚焦鏡被點探測器接收；