[發明專利]一種傅里葉變換光譜儀

有效

• 申請號: 202110605527.7
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113280916B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 呂金光;梁靜秋;王惟彪;秦余欣;陶金
• 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: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/45;G01N21/01;G01N21/27
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

本發明提供了一種傅里葉變換光譜儀，通過在一個維度上利用雙光柵系統實現光譜分割，使光軸不存在折疊，降低了系統各元件的調節和校正的難度，減小了系統的復雜度。在另一個維度上利用空間調制干涉系統實現帶通采樣，從而在兩個正交的方向上實現對入射光場色散與干涉的正交耦合調制。回避了色散光譜儀為實現紅外高光譜分辨率而必須采用的窄狹縫與大陣列制冷探測器，擺脫了核心器件的限制，具有相對較高的光通量和信噪比，同時采用靜態結構，回避了因運動部件造成的制作和控制困難，具有更加良好的可靠性、穩定性與實時性；采用光譜分割與帶通采樣的測量機制，解決了光譜帶寬與光譜分辨率之間相互制約的矛盾。

技術領域

本發明屬于光譜測量技術領域，具體涉及一種基于雙光柵的衍射干涉正交耦合調制的傅里葉變換光譜儀。

背景技術

隨著社會的進步與科技的發展，紅外光譜技術已經在物理、化學、生命、地質、醫學等領域得到了日益廣泛的應用，并對新材料、新能源以及未知世界的探索發現起到了重要的作用。近年來，隨著氣象觀測、環境監測、空間遙感探測、軍事地物偵察分析等高新技術領域的出現和發展，由于其特殊的應用環境和使用條件，對紅外光譜探測技術及儀器在體積與性能方面提出了更高的要求。

對于氣象觀測、環境監測、空間探測等高新技術領域而言，使用環境的限制要求紅外光譜儀器具有微小型化與靜態化的特點，而探測精度又要求儀器具有寬譜段與高分辨率的探測性能。并且隨著信息需求的不斷升級，使得傳統的光譜測量技術出現難以逾越的技術瓶頸。對于傳統的色散型光譜儀而言，在中長波紅外波段為了獲得高分辨率，必須采用較窄的入射狹縫，從而會限制儀器接收的輻射通量。同時必須采用大面陣紅外探測器陣列，而大面陣紅外探測器的制備和制冷都存在較大的難度。傅里葉變換紅外光譜儀采用干涉分光模式，具有高光通量、多光譜通道、高波數精度等一系列優點，是高性能紅外光譜技術的首選儀器。目前實驗室常規應用的傅里葉變換光譜儀采用時間調制型結構，干涉儀通過動鏡掃描產生大光程差以獲得高的光譜分辨率。但是由于高精度的動鏡掃描機構與精密的參考光源采樣控制系統增加了儀器的體積和重量，從而限制了其在空間探測、氣象遙感、軍事偵察等高新技術領域的應用。

發明內容

本發明為了克服傳統色散型光譜儀、時間調制傅里葉變換光譜儀及空間調制傅里葉變換光譜儀存在的技術問題，提出了一種傅里葉變換光譜儀，通過在一個維度上利用雙光柵進行色散補償，實現光譜分割，在另一個維度上利用空間調制干涉系統實現帶通采樣，從而在兩個正交的方向上實現對入射光場色散與干涉的正交耦合調制。為實現上述目的，本發明采用以下具體技術方案：

一種傅里葉變換光譜儀，包括用于形成干涉光場的空間調制干涉系統，其特征在于，傅里葉變換光譜儀還包括置于空間調制干涉系統的入射光路，用于將入射光場的寬帶光譜進行分割的雙光柵系統；

雙光柵系統包括光柵周期相等的、相互平行的第一光柵和第二光柵，第一光柵與第二光柵使入射光場在沿雙光柵系統的光軸的方向上被平行色散為M個窄帶切片光束，M1；

雙光柵系統的色散方向與空間調制干涉系統的調制方向在橫向空間彼此正交，使入射光場被雙光柵系統與空間調制干涉系統實現正交耦合調制。

優選地，第一光柵和第二光柵均為衍射光柵，第一衍射光柵的光軸與第二衍射光柵的光軸不重合，使第一衍射光柵+N級衍射級次出射的光束入射到第二衍射光柵-N級衍射級次上；或使第一衍射光柵-N級衍射級次出射的光束入射到第二衍射光柵+N級衍射級次上，形成M個窄帶切片光束。

優選地，第一衍射光柵和第二衍射光柵均通過刻畫在各自不透明基底上的一系列等寬度、等周期的平行狹縫結構實現平行色散；或均通過蒸鍍在各自透明基底上的一系列等寬度、等周期的平行線柵結構實現平行色散。

優選地，第一光柵和第二光柵均為棱鏡光柵，第一棱鏡光柵和第二棱鏡光柵反向且同軸放置，使入射光場在沿雙光柵系統的光軸的直線方向上被平行色散為M個窄帶切片光束。