[發明專利]高光譜分辨率干涉儀

有效

• 申請號: 201810073580.5
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN110081979B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 張志勇
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G02B26/00
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨;李林

本發明提供一種高光譜分辨率干涉儀，具有背向連接的兩個可移動角鏡組，各具有順序排列的N個移動角鏡單元，在所述N個移動角鏡單元的鄰接位置對向設有N?1個固定角鏡單元，用于將位于頭端的移動角鏡單元的出射光順序反射到位于尾端的移動角鏡單元，然后用固定平面反射鏡將位于尾端的移動角鏡單元的出射光沿原路反射回去。如此一來，在兩個可移動角鏡組的移動過程中，由于可移動角鏡組分別與固定角鏡單元以及固定平面鏡之間產生了多次光路往返，使得原本只能產生2倍光程差的干涉儀，成為了能夠產生16倍或以8的倍數增加更多倍的光程差的干涉儀。使用本發明，在分辨率不變的情況下，能夠縮小干涉儀的體積，而在體積不變的情況下，則能夠提高干涉儀的光譜分辨率。

技術領域

本發明涉及一種干涉儀，特別涉及一種傅立葉變換紅外光譜儀。

背景技術

傅立葉變換紅外光譜分析儀廣泛地用于氣體，液體和固體的化學和物質組分分析，在醫藥，石化，大氣監測等多個領域廣泛使用。傅立葉變換高分辨率紅外光譜分析遙測衛星能夠廣泛地用于對流層大氣環境監測和地面環境遙感，二維傅立葉變換高分辨率紅外超光譜分析技術在國防上有重要意義。

傅立葉紅外光譜儀的核心部件是干涉儀。麥克遜干涉儀由阿爾伯特·邁克爾遜在1887年發明。邁克爾遜正因發明了干涉儀和光束的測量而獲得了1907年諾貝爾物理學獎。自從阿爾伯特·邁克爾遜在1887年發明邁克爾遜干涉儀由之后。很多科學家及工程師在邁克爾遜干涉儀的基礎上發明了各種各樣的干涉儀，雖然各具特色，但都是邁克爾遜干涉儀的變形。

傳統的邁克爾遜干涉儀，用分束器把從光源發射的光分成兩個光束。干涉儀有兩個不同的反射鏡：移動反射鏡和固定反射鏡。一個光束在移動反射鏡和分束器之間傳輸，另一個光束在固定反射鏡和分束器之間傳輸。當移動反射鏡在初始位置時，移動反射鏡和固定反射鏡到分束器之間的光路有著相同的距離。當動鏡移動時，這兩光束分別在兩個不同的反射鏡和分束器之間傳輸經過了不同的光程，產生相位差，最后在分束器匯合形成干涉信號。用傅立葉變換把干涉信號轉換成光譜信號，干涉信號被測量從零光程差到最大光程差長度，光譜分辨率取決于最大光程差長度。而光程差是指干涉儀用來產生干涉信號的那兩個光束的光程差別，光程差通常是動鏡移動位移的偶數倍。

目前市場上的傅立葉變換紅外光譜儀中的干涉儀，主要由兩種方式改變光程實現兩束光的干涉：線性移動和搖擺式。傳統的邁克爾遜干涉儀的平面動鏡，是經典的線性移動方式。

美國專利號4383762公開了一種干涉儀，是在傳統麥克爾遜干涉儀的分束器和兩個平面反射鏡之間增加了兩個擺動的回射反射鏡，這兩個增加的回射反射鏡位于一個三角形擺動結構的兩端，分別面對兩個固定的平面反射鏡，光路從分束器經過回射反射鏡，到達平面反射鏡后折返，再經過回射反鏡返回到分束器，通過擺動這兩個回射反射鏡代替線性移動邁克爾遜干涉儀平面動鏡，來改變光程差。這種干涉儀方案已經被應用于太空飛船。

在1993年，美國專利號5,309,217公開的設計方案，是利用了以分束器對稱分布的兩個軸擺動的回射立方角反射鏡來改變光程差，光從分束器分成兩束后，先經過固定的平面反射鏡反射到回射立方角反射鏡后，光路開始折返，折返到固定的平面反射鏡后，再反射到分束器。這兩個回射立方角鏡位于一個近似180度的雙鐘擺結構臂的兩端，方向朝上。一個無磨損的轉軸位于整個鐘擺結構的重心。兩個平面反射鏡在兩個回射立方角鏡的上方，這兩個平面反射鏡以一個平面分束器對稱分布,分束器相對于鐘擺的平面而移動。與美國專利號4383762的區別是：平面反射鏡和角反射鏡在光路中的順序發生了顛倒。這個干涉儀結構的優點是利用回射立方角鏡做光路折返的反射鏡，克服了傳統平面反射鏡的準直誤差，不需動態準直，確保了光路的準直性，抗震性比較好。但是由于整個鐘擺結果擺動的角度限制，光路不能脫離角鏡范圍，整個光程差變化范圍有限，整體干涉儀光學分辨率低，只適合低分辨率光譜分析，適合入門級傅立葉紅外光譜儀系統。