[发明专利]紧凑式干涉仪分光计

说明书

技术领域

本发明涉及一种紧凑式干涉仪，例如该干涉仪可以包括在手持分光计装置中。装置能够被制造为不存在任何移动部件并且因此适合于在恶劣环境中使用。

背景技术

已知有迈克耳逊干涉仪和萨尼亚克干涉仪。例如，如图1中所示，迈克耳逊干涉仪包括部分反射镜10和一对反射镜21、22。部分反射镜10将光分为两部分。镜21、22和部分反射镜10被布置为使得光沿着两个线性路径（即，分支31、32）行进。每个部分在沿着分支中的不同的分支的返回路径中行进。沿着分支中的一个分支32的光学路径长度是可调整的。这些部分在焦平面重组以形成条纹。这些部分通过透镜40组合，以相等的倾斜角到达透镜。通过将反射镜中的一个反射镜22布置在光束的方向上，能够改变两个分支之间的光学路径差。条纹55通常具有同心环的形式。当路径差改变时，条纹之间的间隔变得更大或更小。如果路径长度差随着时间线性地改变，并且检测器50被布置在条纹55的环的中心处，来自检测器的信号将随着由波长和路径差确定的周期正弦地变化。

迈克耳逊干涉仪的优点之一在于其能够接受相对较宽的角度范围上入射的输入射线。然而，在干涉条纹中，关于源的任何空间信息由于其均匀地分布在干涉环中而导致丢失。

在图2中示出萨尼亚克干涉仪。萨尼亚克干涉仪也包括部分反射镜110和一对反射镜121、122。与迈克耳逊干涉仪一样，部分反射镜进行分光，但是不同的是，没有将光分为沿着分支行进的两个部分，而是改变反射镜的位置从而这两个部分没有直接反射回部分反射镜110而是反射到另一反射镜121或122。因此，这些部分沿着类似的环绕路径但是在相反方向上行进。因此，萨尼亚克干涉仪有时被已知为公共路径干涉仪。这两个部分经由部分反射镜110离开并且通过透镜140以产生条纹155。不同于迈克耳逊干涉仪，条纹155是线性的而不是圆形的。

如果检测器50被布置在干涉图案中，并且一个镜122如图中的箭头所示地往复运动，则来自检测器的信号将正弦地变化。或者，跨过干涉图案移动检测器，信号也将正弦地变化。

萨尼亚克干涉仪和迈克耳逊干涉仪之间的另一差异在于迈克耳逊干涉仪要求非常精确地定位每个臂的镜，而萨尼亚克干涉仪的镜的位置具有相对较大的容许度，这是因为由于光束的三角路径是非对称的并且提供了两个光束的剪切而导致产生了路径差。

Berlinghieri J.C.等人在1989年9月6-8日在亚利桑那州的图森的天文学中的CCD（CCDs in Astronomy）：会议论文集中的“A CCD Fourier Transform Spectrometer”中报告了上述基于萨尼亚克方案的干涉仪。所报告的装置使用CCD阵列来检测干涉图案。Okamoto T.在1984年的Applied Optics第23卷第2册中的“Fourier Transform Spectrometer with Self-Scanning Photodiode Array”中描述了类似的但是包括额外的镜以折叠朝向检测器的输出光束的装置。Okamoto还认为该系统的光学吞吐量大于迈克耳逊类型干涉仪的光学吞吐量，这是因为，在这样的干涉仪中，分辨能力受到源的范围的限制。Lucey P.G.等人在1993年的Proc.SPIE第1937卷130页中的“SMIFTS:A Cryogenically Cooled,Spatially Modulated Imaging Infrared Interferometer Spectrometer”中也描述了类似的但是额外地包括有柱形透镜以在检测器处重成像输入孔径的装置。

还已经考虑了其它的干涉仪构造，例如，由Katzberg和Statham在1996年8月的NASA Technical paper（3570）中讨论的DASI（数字阵列扫描干涉仪）。该装置包括渥拉斯顿棱镜和检测器阵列。

上述装置中的很多装置都是麻烦的，要求分光的质量和位置的严格控制，并且不能够提供实时输出光谱。

发明内容