[发明专利]用于干涉仪中的反射镜的运动的机构、包含该机构的干涉仪以及包含该机构的傅里叶变换光谱仪

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求了提交于2013年5月1日的、标题为“用于干涉仪中的反射镜的运动的机构、包含该机构的干涉仪以及包含该机构的傅里叶变换光谱仪”的同时待审的美国临时专利申请第61/818009号的优先权，其内容通过引用整体被包含于本文。

专利引用：

下列文件和参考通过引用整体被包含于本文：记载于2002年PubJohnWiley&Sons有限公司的EdJohnM.Chalmers和PeterR.Griffiths所著的振动光谱学手册中的、RichardS.Jackson所著的“用于中红外光谱法的连续扫描干涉仪”；Atwar等人的美国专利申请第2004/0037626号；Coffin的美国专利第5896197号；Carangelo等人的美国专利第5486917号；Simon等人的美国专利第5309217号；Curbelo等人的美国专利第4828367号；Coffin的美国专利申请第2012/0120405号；Coffin的美国专利申请第2012/0120409号；以及Coffin的美国专利申请第2012/0120404号。

技术领域

本发明涉及干涉仪，并且特别地涉及迈克尔逊型干涉仪。

背景技术

迈克尔逊干涉仪是在傅里叶变换光谱仪中广泛使用的双光束干涉仪。这些光谱仪用于获取从远红外线到紫外线的、跨越宽范围的波长的光谱。迈克尔逊干涉仪是具有单分束器的分振幅双光束干涉仪。

迈克尔逊干涉仪具有许多设计变体，但最简单的设计100被示出于图1A(现有技术)中。干涉仪包含固定反射镜102、移动反射镜104和分束器组件106。分束器组件106通常具有三部分：分束器涂层108，其被设置于基板110上；以及补偿板112。输入辐射束被分束器108分成两束子光束。一束子光束通过反射镜102沿固定长度的路径被反射到分束器，并且另一子光束通过可移动的反射镜104沿可变长度的路径被反射到分束器。两束子光束子在分束器106处重新结合，它们在此处互相干涉，并且再度分割，使得一束新的子光束沿输入辐射的路径返回，并且另一子光束垂直于固定反射镜射出干涉仪。

当用于干涉仪中时，通常有利的是测量可移动反射镜的位置或速度，或者两者都测量，并且将该测量结果使用于到达促动器的反馈回路中。根据干涉仪的预期用途，可使用刻度尺、电容器、参考激光或许多其他工具进行测量。

一种选择是建立包含迈克尔逊干涉仪的傅里叶变换光谱仪。图1B(现有技术)是包含迈克尔逊干涉仪的傅里叶变换光谱仪的光学布局的示例说明。来自宽带光源151的光通过聚焦镜片152准直，并且被引导进入由分束器组件106、固定反射镜102和移动反射镜104组成的干涉仪。如上述，在分割和重新结合之后，垂直于固定反射镜射出的子光束被引导到光学装置，该光学装置允许传递光穿过样品(未示出)或从样品(未示出)反射，并且随后到达聚焦镜片153，聚焦镜片153将光聚焦到探测器154上。

以往复移动的方式来回驱动移动反射镜，以改变其中一束子光束的路径长度，这引起在探测器处的干涉改变，导致探测器的输出值改变。作为路径长度的函数的探测器输出值使用适合的傅里叶变换方法能被转换成辐射光束的光谱。两束光束之间的光学路径长度差被称为光学延迟，其在所示设计中为移动反射镜的物理延迟的两倍。光谱的分辨率取决于最大光学延迟，并且通常被定义为光学延迟的倒数。更高分辨率的光谱因此需要移动反射镜的大范围运动。

除了来自宽带光源的光束，在大多数傅里叶变换光谱仪中，来自激光器155的单色光束也被引导进入干涉仪，使得它与用于进行光谱测量的宽带光束共线(并且有时同轴)。在傅里叶变换光谱仪中，对于位置或速度，参考激光超越其他测量方法的优势在于其测量反射镜的光学延迟而不是物理延迟。

射出的子光束(或在某些配置中，射出的全部子光束)被引导到探测器156，当移动反射镜被来回驱动时探测器156测量归因于干涉的强度变化。来自该探测器的信号用于控制移动反射镜的速度或位置，并且用于确定光学延迟的等增量。在某些傅里叶变换光谱仪中，来自单色光源的信号也可用于控制在干涉仪中的一个或更多光学构件的校准(例如，见Coffin的美国专利第5896197号)。