[發(fā)明專利]雙通道平行擺鏡式傅里葉變換紅外光譜儀

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810367875.3
• 申請(qǐng)日: 2018-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108519153A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 才啟勝;王向前;劉怡軒;黃旻;呂群波;韓煒;路向?qū)?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電研究院
• 主分類號(hào): G01J3/02
• 分類號(hào): G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 北京凱特來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發(fā)明公開(kāi)了一種雙通道平行擺鏡式傅里葉變換紅外光譜儀，其產(chǎn)生光程差的運(yùn)動(dòng)部件是一對(duì)平行鏡，由于光線經(jīng)過(guò)平行鏡后的傳播方向不變，因此在平行鏡擺動(dòng)的過(guò)程中并不會(huì)引起光線的偏折，可降低對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的精度要求。另外，光線經(jīng)過(guò)端面直角鏡返回后產(chǎn)生一個(gè)垂直紙面(Z方向)的偏移量，使得入射光線和經(jīng)過(guò)干涉儀后的出射光線偏離開(kāi)，從而在干涉儀的分束器兩端均可進(jìn)行干涉信息的采集，具有雙通道探測(cè)的特點(diǎn)。即本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)一對(duì)平行擺鏡系統(tǒng)和端面直角反射鏡，降低了對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的精度要求，且可以實(shí)現(xiàn)雙通道探測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙通道平行擺鏡式傅里葉變換紅外光譜儀。

背景技術(shù)

紅外光譜儀是對(duì)物質(zhì)的化學(xué)組成進(jìn)行探測(cè)和判別的有效科學(xué)儀器，具有精度高、分析速度快、結(jié)果穩(wěn)定、分析過(guò)程無(wú)破壞性等優(yōu)點(diǎn)，傅里葉變換紅外光譜儀(FourierTransform InfraRed Spectrometer，F(xiàn)TIR)采用干涉分光原理，采集目標(biāo)的干涉信息，利用干涉圖與光譜圖之間的傅里葉變換對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)傅里葉變換復(fù)原出目標(biāo)光譜信息。相比其它類型的紅外光譜儀，傅里葉變換紅外光譜儀具有測(cè)量精度高、雜散光低、分辨率高、光通量大、測(cè)定速度快和測(cè)量波段寬等優(yōu)勢(shì)，是光譜分析強(qiáng)有力的工具。

傅里葉變換紅外光譜儀從實(shí)現(xiàn)的方式上，主要可以分為時(shí)間調(diào)制型和空間調(diào)制型兩類。空間調(diào)制型傅里葉變換光譜技術(shù)中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，具有很好的穩(wěn)定性，通常采用面陣探測(cè)器獲取目標(biāo)點(diǎn)的完整光程差干涉信息，但由于其是一種點(diǎn)到面的成像關(guān)系，系統(tǒng)的能量和靈敏度偏低。時(shí)間調(diào)制型傅里葉變換光譜儀以邁克爾遜干涉儀為代表，通過(guò)控制動(dòng)鏡的掃描獲得時(shí)間序列的干涉圖，與空間調(diào)制型相比，具有光譜分辨率高，能量高等顯著優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的光譜測(cè)量，是目前商業(yè)和科研領(lǐng)域傅里葉變換紅外光譜儀的主流。

如圖1所示，為傳統(tǒng)邁克爾遜型傅里葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)主要由準(zhǔn)直鏡L1，分束器BS，固定反射鏡M1，動(dòng)鏡M2，成像鏡L2和探測(cè)器D組成。光線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直鏡L1準(zhǔn)直后進(jìn)入干涉儀系統(tǒng)，分束器BS將光線分為透射和反射兩路光，其中反射光經(jīng)過(guò)定鏡M1反射后回到分束器BS，透射光經(jīng)過(guò)動(dòng)鏡M2反射后也返回分束器BS，兩路光在分束器匯合后形成干涉光，其中一部分光經(jīng)成像鏡L2匯聚后被探測(cè)器D接收。工作過(guò)程中，隨著動(dòng)鏡M2的往復(fù)平動(dòng)，使得干涉儀的兩臂產(chǎn)生隨時(shí)間變化的光程差，系統(tǒng)光程差與動(dòng)鏡M2移動(dòng)距離d相關(guān)：

x＝2d

動(dòng)鏡M2通過(guò)往復(fù)平動(dòng)一個(gè)行程后，在探測(cè)器上可以得到一定光程差內(nèi)的完整干涉強(qiáng)度信息，對(duì)于復(fù)色光而言，探測(cè)器上的干涉圖強(qiáng)度表達(dá)式如下：

式中，σ為入射光波數(shù)，B(σ)為入射的光譜強(qiáng)度，σ_min～σ_max為入射波數(shù)范圍。得到系統(tǒng)的干涉強(qiáng)度后，通過(guò)傅里葉變換等數(shù)據(jù)處理即可復(fù)原出目標(biāo)的原始光譜信息。

但是，傳統(tǒng)邁克爾遜型傅里葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)，對(duì)動(dòng)鏡的運(yùn)動(dòng)精度要求非常嚴(yán)格，動(dòng)鏡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的傾斜將會(huì)使反射回的光線產(chǎn)生傾角，導(dǎo)致干涉圖的調(diào)制度下降，因此在平動(dòng)式的邁克爾遜型光譜儀中需嚴(yán)格控制動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的傾斜量，對(duì)動(dòng)鏡的運(yùn)動(dòng)控制提出較高的要求；另一方面，平動(dòng)式邁克爾遜型光譜儀中有一半的光能量原路返回光源，導(dǎo)致可探測(cè)的能量?jī)H有入射能量的一半，降低了系統(tǒng)的能量利用率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種雙通道平行擺鏡式傅里葉變換紅外光譜儀。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：