[发明专利]傅立叶变换光谱仪及其测试方法

说明书

本发明提供了一种傅立叶变换光谱仪及其测试方法。傅立叶变换光谱仪包括：依次共光轴设置的起偏器、作用液晶盒、补偿液晶盒、检偏器、光电探测器和计算装置；作用液晶盒中的双折射液晶分子的方向与起偏器的起偏方向的夹角为45度；作用液晶盒具有可调节的加载电压以使光电探测器获得不同的光强；补偿液晶盒中的液晶分子的方向垂直于作用液晶盒；检偏器的偏振方向垂直于起偏器；计算装置根据光电探测器获取的光强进行傅立叶变换，从而得到探测光的光谱。本发明所采用光学元件均共光轴、体积小，因此实现的傅立叶变换光谱仪结构紧凑，便于系统集成。

技术领域

本发明涉及一种光谱探测技术，具体地说是一种傅立叶变换光谱仪及其测试方法。

背景技术

傅立叶变换光谱仪具有高通量、高信噪比、高光谱分辨率等特点，广泛应用于材料检测、化学分析和环境监测等领域。传统的傅立叶变换光谱仪的光学结构主要基于迈克尔寻干涉仪，其将光分成两束，其中一束固定光程，另一束通过机械方式改变反射镜的位置以改变其光程，再将两束光合束产生干涉，最后进行傅立叶变换以得到探测光的光谱。然而，其反射镜高精度的机械移动使传统傅立叶变换光谱仪不仅复杂、价格昂贵，而且体积大，不便于集成。

如何使傅立叶光谱仪小型化、简单化成为了人们的研究目标，经十多年的努力，目前已有一些较好的解决思路。其中基于双折射材料o光和e光的偏振干涉是一种较好的静态傅立叶变换光谱方式，但一般的双折射材料的双折射率差的可调节范围非常有限，难以获得高分辨、高集成的光谱仪。

发明内容

针对傅立叶变换光谱仪难以小型化、集成化的问题，本发明提供了一种傅立叶变换光谱仪及其测试方法，其基于双折射液晶材料的紧凑型傅立叶变换光谱仪，该光谱仪无需机械移动、所有光学元件共光轴，便于集成。

作为本发明的第一方面，提供了一种傅立叶变换光谱仪，包括：依次共光轴设置的起偏器、作用液晶盒、补偿液晶盒、检偏器、光电探测器和计算装置；作用液晶盒中的双折射液晶分子的方向与起偏器的起偏方向的夹角为45度；作用液晶盒具有可调节的加载电压以使光电探测器获得不同的光强；补偿液晶盒中的液晶分子的方向垂直于作用液晶盒；检偏器的偏振方向垂直于起偏器；计算装置根据光电探测器获取的光强进行傅立叶变换，从而得到探测光的光谱。

进一步地，作用液晶盒和补偿液晶盒的厚度相等。

进一步地，补偿液晶盒加载固定的电压。

作为本发明的第二方面，提供了一种傅立叶变换光谱仪的测试方法，包括：利用起偏器将通过其的探测光变换为线偏振光；使线偏振光通过作用液晶盒、补偿液晶盒、检偏器和光电探测器；调节作用液晶盒的加载电压，从而使光电探测器得到不同的光强；根据光强进行傅立叶变换，从而得到探测光的光谱。

进一步地，使作用液晶盒中的双折射液晶分子的方向与起偏器的起偏方向的夹角为45度。

进一步地，使补偿液晶盒中的液晶分子的方向垂直于作用液晶盒。

进一步地，使检偏器的偏振方向垂直于起偏器。

进一步地，作用液晶盒的加载电压为变化区间为[0,20]伏特、频率为1kHz的交流方波电压。

进一步地，作用液晶盒采用双折射的向列相液晶，通过改变作用液晶盒的加载电压使通过作用液晶盒的o光和e光的折射率差等间隔渐变，从而获取光强。

进一步地，利用补偿液晶盒对来自作用液晶盒的o光和e光进行零光程差补偿。

本发明中的作用液晶盒加载可变电压以调控液晶o光和e光的折射率差以产生干涉图，补偿液晶盒加载固定电压以进行零光程差补偿，然后将光电探测器所探测到的干涉图进行傅立叶变换以得到光谱。此外，本发明所采用光学元件均共光轴、体积小，因此实现的傅立叶变换光谱仪结构紧凑，便于系统集成。

附图说明