[发明专利]基于调制的微型傅里叶变换光谱仪

说明书

技术领域

本发明属于光谱测量仪器技术领域，涉及一种基于调制的微型光谱仪(FTS)，特别涉及一种新型的空间能量分割的基于Michelson干涉原理的的基于调制的微型傅里叶变换光谱仪。

背景技术

光谱仪器是分析物质组成成分以及结构的强有力的工具，在环境监测、化学分析、生物医学、国防和光电子功能材料等科研领域和产业界都有着广泛应用，且这些领域和产业的在线实时监测以及便携等要求推动了光谱仪器微型化的发展，并有着广阔的应用前景。

近几年来，微型化光谱仪的研究进展非常迅速，现有的微小型光谱仪绝大多数仍然采用经典光谱仪原理，由于入射狭缝孔径或光阑的大小限制了光通量和效率严重下降的问题，对一些微弱信号的分析极其不利。与传统的经典微型光谱仪相比，基于调制原理的微型化FTS同时具备高光通量、高分辨率的性能，并且在实际工艺实现中弥补了同样是基于调制原理的哈达玛变换光谱仪编码模板材料受限制的缺点。

目前，常见的基于调制原理的微型化光谱仪(FTS)主要由准直系统、分光系统和探测接收系统构成；所述的分光系统包括分束器及分束器两臂上的两个反射镜，其中第一反射镜为动镜，第二反射镜为静止的平面镜。这种光谱仪采用时间调制方式来实现光信号的调制，在探测系统接收处依次形成多个定域干涉条纹；由于作为反射镜的动镜需要一套高精度的驱动系统，该驱动系统含有运动部件，因而系统的重复性和可靠性难以保证并且测量实时性较差；并且这种光谱仪需要利用激光参考干涉仪来确定采样点，因而其结构复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、重复性好、工作可靠，并且测量实时性好的基于调制的微型傅里叶变换光谱仪。

本发明的基于调制的微型傅里叶变换光谱仪包括准直系统、分光系统和探测接收系统构成；所述的分光系统包括分束器及分束器两臂上的第二反射镜和第一反射镜，其特征在于第一反射镜采用第一阶梯镜；第二反射镜反射的光线透过分束器到达探测接收系统，第一阶梯镜反射的光线经分束器反射到达探测接收系统，由第二反射镜和第一阶梯镜不同位置反射的光在探测接收系统面阵探测器的空间不同位置发生干涉形成干涉条纹。

所述的第二反射镜的反射面与第一阶梯镜的反射面垂直。

待测光源发射的光束经准直系统准直后入射到分束器上，分束器将入射光分为强度相等的两束相干光：一束经分束器反射后入射到第二反射镜上，经过反射后返回分束器，另一束透过分束器入射到第一阶梯镜上，经反射后回到分束器。第二反射镜反射的光线透过分束器到达探测接收系统，第一阶梯镜反射的光线经分束器反射到达探测接收系统；由第二反射镜和第一阶梯镜不同位置反射的光在探测接收系统面阵探测器的空间不同位置发生干涉形成多个定域干涉条纹。

本发明采用了阶梯镜作为第一反射镜，实现光的空间调制，在探测接收系统的面阵探测器上形成多个定域干涉条纹。由于阶梯镜的形状及结构尺寸是固定不变的，因而本发明除了具备目前常见的基于调制原理的微型化光谱仪(FTS)本身的高光通量和高分辨率等优点外，还具有重复性好、工作可靠，并且测量实时性好等优点，实现了各级次同时采样，并且不需要利用激光参考干涉仪来确定采样点，结构简单。本发明通过探测接收系统记录每一个干涉级次的光强并通过傅里叶变换即可恢复待测光谱曲线，可广泛应用于光源等多种光谱测量。

作为本发明的进一步改进是：所述的第二反射镜采用第二阶梯镜；第二阶梯镜的阶梯周期d₁为第一阶梯镜的阶梯周期d₂与第一阶梯镜的阶梯数N的乘积；第二阶梯镜反射的光线透过分束器到达探测接收系统，第一阶梯镜反射的光线经分束器反射到达探测接收系统；由第二阶梯镜和第一阶梯镜不同位置反射的光在探测接收系统面阵探测器的空间不同位置发生干涉形成干涉条纹。

所述的第二阶梯镜的反射面与第一阶梯镜的反射面垂直，与第一阶梯镜的阶梯反射截断面平行。

待测光源发射的光束经准直系统准直后入射到分束器上，分束器将入射光分为强度相等的两束相干光：一束经分束器反射后入射到第二阶梯镜上，经过反射后返回分束器，另一束透过分束器入射到第一阶梯镜上，经反射后回到分束器。第二阶梯镜反射的光线透过分束器到达探测接收系统，第一阶梯镜反射的光线经分束器反射到达探测接收系统；由第二阶梯镜和第一阶梯镜不同位置反射的光在探测接收系统面阵探测器的空间不同位置发生干涉形成多个定域干涉条纹。

本发明第二反射镜也采用阶梯镜，可以在不减小探测精度的前提下，把一维探测转换为空间二维探测，从而减小了系统的体积，提高了系统的集成度。