[发明专利]双输入干涉仪分束器倾斜控制系统及挠曲安装

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及光学科学仪器领域。更具体地，本发明涉及一种双倾斜控制系统，该双倾斜控制系统包括如合并在一个傅里叶变换红外线(FTIR)扫描干涉仪中的一个柔软挠曲分束器组件。

相关技术讨论

用于科学分析仪器中的光学干涉仪依赖于作为询问装置的部分的叠加光束的干涉。当被配置为迈克尔逊傅里叶变换红外线(FTIR)仪器时，该干涉仪的光学输出被称为一个干涉图。该FTIR干涉仪本身常常包括一个分束器和两个镜子，一个镜子常规地是静止的，并且一个镜子常规地是可移动的。该可移动镜沿光轴移动，而保持一直光学地垂直于光束。常常希望该可移动镜的移动是反馈控制的，以便保持镜子速度恒定，这样使得穿过该干涉仪的分析辐射产生一个准确的干涉图。常规干涉仪具有一个动镜组件，该动镜组件包括一个线性滚珠轴承、空气轴承、滑动轴承或一个挠曲轴承并且常常由一个线性电动机(例如，联接至一个永磁体上的一个线圈)驱动以提供速度控制。

通过与穿过干涉仪光学器件的分析辐光束一起运作的光学辐射的一个定位单色光束，可以跟踪在一个常规系统中该可移动镜的运动和一个合速度。经配置的单色光束(例如，激光)因此还常常被部分地反射并且被部分地透射通过该干涉仪的经配置的分束器，并且因为该设计，这些分裂的光束从常规定镜和常规可移动镜反射并且在该分束器处重新结合。

在该分束器处重新结合的这些光束此后被指向一个检测装置，该检测装置从而可以确定该可移动镜沿其纵向平移轴的倾斜、位置和/或速度。就倾斜来说，这些重新结合的光束的分量在相位上的偏差可以用于指示该可移动镜相对于光学元件的所设计的纵轴线的垂线的一个未对准。如果这类偏差是有害的，则一个倾斜伺服控制器可以向该可移动镜的支架施加矫正力，以便重新对准镜面。

然而，应当理解，因为该分束器的角度常常被设计成将帮助调制源光束的经配置镜子的角度一分为二，所以如果这些镜子或这些分束器中的任何一个倾斜而偏离正确角度，就可以快速地使经调制的、由该干涉仪所生成的光信号降级。大于约50弧度秒的倾斜误差不仅降低这些经调制光信号的质量，而且大于50弧度秒的倾斜误差还引起这些经调制光信号在幅值上减小至实际上消失的点，从而引起该干涉仪控制系统停止运作。

因此，即使该系统在运送到世界各地时也必须保持被正确地调整的常规系统常常被配置成使用机械调整而被精确地对准。这导致了昂贵的硬精密机械干涉仪系统在运送冲击使这些关键平光学表面的对准偏移之后，有时需要现场调整。

在运作中，许多这类常规系统使用主动控制系统(即，动态对准)，以在干涉仪扫描并且收集一个所希望的频谱数据时控制镜子和分束器倾斜。只有在该干涉仪是在所有典型扫描干涉仪所使用的一个基于激光的速度控制伺服器的控制下扫描时，这类系统才能进行运作。因此，要求该干涉仪的静态对准要足够良好(小于约50弧度秒)，以便在可以利用任何一个或多个主动控制系统来控制干涉仪扫描速率、倾斜误差并且然后控制数据收集之前，生成可用的光学反馈信号。

利用该动镜的动态控制的这样一种干涉仪的背景信息在1999年3月16日约翰·M·科芬(John M.Coffin)发布的题为“具有动态动镜对准的红外分光计的干涉仪(“INTERFEROMETER OF AN INFRARED SPECTROMETER WITH DYNAMIC MOVING MIRROR ALIGNMENT”)”的美国专利号5,883,712中被描述并且提出权利要求，该专利包含以下内容“根据本发明，一个用于红外分光计的干涉仪提供该动镜的动态对准以便维持该动镜和该定镜之间的精确对准。该动镜的以这种方式的对准使该干涉仪的稳定性最大化同时实现高水平的输出精度，不管由于该动镜在它的轴承上的运动引起的振动以及由外部光源传输到该干涉仪的振动。该动镜的安装的动态性质允许该镜的位置被高度准确地控制，甚至在存在相对高频率振动的时候。但是，该干涉仪的结构以及用于维持该动镜的对准的这些探测器和控制器的结构在构造是简单的，并且对于该干涉仪只增加了相对很少的额外体积和重量。”