[发明专利]一种可见光傅里叶变换吸收光谱测量方法及系统

说明书

本发明提供了一种可见光傅里叶变换吸收光谱测量方法及系统，其中系统包括两组迈克尔逊干涉仪、光电检测器件和信号采集与处理系统，所述迈克尔逊干涉仪与所述光电检测器件连接后接入信号采集与处理系统，所述两组迈克尔逊干涉仪为第一迈克尔逊干涉仪和第二迈克尔逊干涉仪，所述第一迈克尔逊干涉仪为移动臂光束折叠4次的迈克尔逊干涉仪，本发明第二迈克尔逊干涉仪采用中空立方反射镜代替玻璃立方反射镜消除玻璃体引起的误差，同时采用双光束输出同时测量，以实现光谱吸收曲线的计算。第一迈克尔逊干涉仪(参考光干涉仪)和第二迈克尔逊干涉仪(被测光干涉仪)的布局采用关于移动轴对称式设计结构，从而提高两干涉仪光程差变化的同步性，提高被测光干涉图光程差采样间隔定位的准确性。

技术领域

本发明涉及一种吸收光谱测量方法及系统，特别是一种基于光束折叠技术的可见光傅里叶变换吸收光谱测量所能达到的分辨率和精度，在低成本前提下实现较高光谱分辨率和精度的吸收光谱测量方法及系统。

背景技术

由于傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)固有的高通量、多通道优点及高光谱定标精度、宽光谱范围等优点,使其在红外和近红外波段逐渐取代分光式光谱仪广泛应用于原子与分子物理学、分析化学、光谱学等各个学科领域。在紫外及可见光波段，难以获取高分辨率、高精度的干涉图光程差定位采样间隔，这是傅里叶变换光谱测量方法很难获得较高光谱测量分辨率和精度的主要原因之一，另一原因是短波长测量对扫描过程动镜平稳性要求更高。虽然许多光程差间隔定位方法被尝试使用，但仅限于低分辨率测量。为获得高精度光程差定位间隔的被测光干涉图采样结果，需要高精度动镜扫描控制(包括速度和平衡姿态)，因成本昂贵难以商业化推广。

国内期刊有相当数量傅里叶变换红外光谱仪的相关论文发表，由早年的多为关于仪器应用的文章发展为近年相关研究论文。论文分析了干涉成像光谱仪动镜为平面镜时由于倾斜带来的问题，具体分析了由动镜倾斜引起的干涉强度变化和采样误差，得到对平面动镜倾斜角的限制条件和角反射动镜横移量的限制条件；通过建立傅里叶变换光谱仪中动镜、定镜和干涉面的坐标对应关系，在倾斜误差分析的基础上，对动镜的最大倾斜角度和减少误差的方法进行讨论并提出了两种动态校正的思路；对傅里叶变换红外光谱仪中立方反射镜特性进行了分析；进行了傅里叶变换红外光谱仪复数光谱误差分析及辐射定标方法的研究以及利用标准黑体定标。

国内期刊未见紫外及可见光傅里叶变换光谱仪的研究报道。

精确等光程差定位间隔的干涉图采样是傅里叶变换光谱仪获得光谱测量高分辨率和精度的必要条件。傅里叶红外光谱仪的采样脉冲是由迈克尔逊干涉仪动镜扫描产生的HeNe激光干涉条纹经过过零比较获得。众所周知，HeNe激光波长非常稳定和精确，因而傅里叶红外光谱仪的光谱定标非常准确且长期稳定远远优于分光式光谱仪。然而对于短波长范围(可见光和近紫外波段)来说，HeNe激光干涉条纹经过过零比较产生采样光程差间隔的分辨率不足以满足Nyquist采样定理，无法得到该波长范围的测量光谱。