[发明专利]一种无可动机械部件的傅立叶变换光谱仪

说明书

 

技术领域

 本发明涉及一种基于法拉第（Faraday）旋光色散原理的傅立叶变换光谱仪。本发明在光谱分析和光谱测量方面具有特殊用途，但也可广泛用于材料的结构分析和光学吸收及反射测量、工业过程控制如高温测量和气体成分分析领域。

 

背景技术

光谱分析和光谱测量是工程技术以及科学研究中普遍涉及的一个研究课题。广泛应用的光谱范围是从紫外、可见至红外光波段。紫外至可见光波范围内的光谱仪通常采用的是光栅和棱镜色散分光技术, 而红外光谱仪采用的是光栅、棱镜色散和迈克耳孙(Michelson)干涉仪技术。但采用一套光栅系统或色散分光棱镜不能完成从紫外至红外光波段的光谱测量。先进的光谱仪必须具备两个优点, 即多路性优点和高通量优点。多路性优点为用一个光探测器同时测量所有的光谱元, 与多通道测量情况相当。多通路的特性还有助于提高信噪比。高通量优点是无须采用通常色散型仪器上要用到的狭缝, 因此具有更大的辐射通量和更高的测量灵敏度。先进的光谱仪还必须具备高精确度、高分辨本领、宽光谱探测范围和低杂散辐射的特点。光栅和棱镜色散分光技术不具备多路性优点和高通量优点。傅立叶变换光谱仪能同时将整个波长范围内的辐射都聚集到光探测器上, 因此具备多路性和高通量优点。但是基于迈克耳孙干涉仪技术的傅立叶(Fourier)变换光谱仪的应用只能局限于红外波段和微波波段范围。因此研制具有多路性和高通量优点的宽频带(从紫外至红外波段)光谱仪成为光谱分析和光谱测量领域中的重要课题。

在光栅光谱仪和棱镜色散光谱仪中，空间分散的光谱成份通过移动光探测器来分析；而在基于迈克耳孙干涉仪技术的傅立叶变换光谱仪则需要一面来回移动的反射镜来产生双光束干涉。因此在现有的光谱仪中均包含有可动机械部件，这一特性降低了仪器的机械可靠性和稳定性、延长了光谱测量时间，不能对瞬变光波的光谱进行高速测量。

本发明提供的一种无可动机械部件傅立叶变换光谱仪可以克服现有光谱仪的局限。本发明是基于法拉第旋光色散原理：平面偏振光波通过置于磁场中的透明介质材料后不同波长的入射光波具有不同的偏振面旋转角。平行于入射光方向的纵向交变磁场由通电螺线管产生。透明介质材料置于两偏振器之间。通过探测透射光波的光强和纵向磁场的磁感应强度即可进行光谱分析和光谱测量。本发明提供的光谱仪具有宽频带、重复性好、多路性和高通量的优点。

本技术发明人已获授权的一种宽频带光谱仪（专利号：200910042791.3），具有宽频带、多路性和高通量的优点。平面偏振光波通过由光学活性介质材料构成的偏振旋转片后不同波长的入射光波具有不同的偏振面旋转角。通过旋转置于偏振旋转片与光探测器之间的偏振器并记录透射光的强度和偏振器的旋转角度即可进行光谱分析和光谱测量。该宽频带光谱仪可应用于紫外至红外波段的光谱测量。

本发明与已获授权的宽频带光谱仪相比，其原理和结构完全不同。本发明是一种基于法拉第旋光色散原理的傅立叶变换光谱仪，而已获授权的宽频带光谱仪是基于光学活性色散原理；本发明所涉及的傅立叶变换光谱仪中没有可动机械部件，而已获授权的宽频带光谱仪需要旋转偏振器才能实现其光谱测量功能。由于这一结构上的完全不同，本发明与现有的光谱仪及光谱仪的专利技术相比，具有结构简单稳定、重复性好、测量时间短的优点。因此本发明可为高速光谱测量提供一种可靠的技术手段。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于法拉第旋光色散原理的傅立叶变换光谱仪。

本发明的目的是通过如下途径实现的：一种无可动机械部件的傅立叶变换光谱仪，它包括光源、透镜、偏振器、偏振面旋转器、光探测器和数据采集系统，其特征为：在光源至光探测器的光路上依次排列安装有光源、准直透镜、起偏振器、偏振面旋转器、检偏振器、聚光透镜及光探测器；光源置于准直透镜的焦点位置，光探测器置于聚光透镜的焦点位置，所述的偏振面旋转器由透明介质材料、带间隙和通孔的环形铁磁体、螺线管、交流供电器和磁传感器组成，透明介质材料置于环形铁磁体的间隙位置，螺线管环绕于环形铁磁体之上，通电螺线管由交流供电器供电，磁传感器置于环形铁磁体内用于探测铁磁体内的磁感应强度，入射光经由环形铁磁体中的通孔透过透明介质材料，数据采集系统记取光探测器的光强和磁传感器的磁感应强度数据。