[发明专利]基于光开关阵列的干涉光谱仪及制作方法

说明书

基于光开关阵列的干涉光谱仪及制作方法，涉及红外光谱探测与红外光谱分析技术领域，解决传统时间调制傅里叶变换红外光谱仪由于采用高精度的动镜驱动系统带来的体积大、重量沉等问题，并存在空间调制傅里叶变换红外光谱仪由于采用制冷型红外面阵探测器带来的成本高等问题，由光源、准直镜、分束器、横向阶梯相位反射镜、纵向阶梯相位反射镜、光开关阵列、聚焦镜和点探测器组成。本发明利用两个阶梯相位反射镜分别对被分束器分开的两个正交的相干光场进行分布式相位调制，并利用光开关阵列与点探测器对干涉光场进行振幅调制实现分步式选通和探测的光谱仪。本发明降低了成本，具有微小型化、轻量化、低成本、便携性好等优点。

技术领域

本发明涉及红外光谱探测与红外光谱分析技术领域中的一种红外干涉光谱仪器，具体涉及一种基于光开关阵列的干涉光谱仪及制作方法。

背景技术

红外干涉光谱技术是近半个世纪以来取得巨大突破并得到迅速发展的科学技术，具有灵敏度高、波数准确、重复性好等优点。根据未知物红外光谱中吸收峰的强度、位置和形状，可以确定未知物分子中包含有哪些基团，进而推断未知物的结构组成。傅里叶变换红外光谱仪是红外干涉光谱仪器的一种，由于具有多通道、高通量、高精度和杂散光低等优点，具有十分明显的应用优势。目前研究比较广泛的傅里叶变换红外光谱仪分为时间调制型和空间调制型，时间调制型采用动镜扫描结构，高精度的动镜驱动系统增加了仪器的体积和重量，对其便携式应用产生了一定的限制。而空间调制型采用制冷型红外面阵探测器，制冷型红外面阵探测器的价格十分昂贵，从而限制了其应用的领域。近年来，随着一些高新科学技术领域的出现和发展，如资源勘探、环境监控、气象监测、生命科学等领域的科学研究和工程应用，对于微小型化、轻量化、高性价比、可进行便携式探测和在线分析的红外光谱仪器提出了十分迫切的使用需求。

发明内容

本发明为解决传统时间调制傅里叶变换红外光谱仪由于采用高精度的动镜驱动系统带来的体积大、重量沉等问题，并解决空间调制傅里叶变换红外光谱仪由于采用制冷型红外面阵探测器带来的成本高等问题，提出一种基于光开关阵列的干涉光谱仪及制作方法。

基于光开关阵列的干涉光谱仪，包括光源、准直镜、分束器、横向阶梯相位反射镜、纵向阶梯相位反射镜、光开关阵列、聚焦镜和点探测器，光源发出的光经准直镜后变为平行光束，所述平行光束经分束器反射后的光束入射至横向阶梯相位反射镜，经分束器透射后的光束入射至纵向阶梯相位反射镜，所述横向阶梯相位反射镜和纵向阶梯相位反射镜分别对入射的光束进行空间分布式相位调制后再次经分束器发生干涉，形成干涉光场阵列；所述干涉光场阵列入射到光开关阵列上，所述光开关阵列中的每个光开关单元对干涉光场阵列中的每个干涉光场单元进行分步式接收，并由聚焦镜会聚到点探测器上，获得干涉光强采样序列；

所述横向阶梯相位反射镜和纵向阶梯相位反射镜将入射光场分割成多个光场单元，并且每一个光场单元对应横向阶梯相位反射镜的一个行反射镜单元和纵向阶梯相位反射镜的一个列反射镜单元；横向阶梯相位反射镜上每个行反射镜单元对应一个相位调制量，纵向阶梯相位反射镜上每个列反射镜单元对应另一个相位调制量，当横向阶梯相位反射镜与纵向阶梯相位反射镜反射的光场发生干涉时，横向阶梯相位反射镜上每个行反射镜单元与纵向阶梯相位反射镜上每个列反射镜单元对应的干涉光场具有一个相位差，出射光场为具有空间相位差分布的干涉光场阵列，且每一个干涉光场单元对应着一个不同的相位差；

出射的干涉光场阵列入射到光开关阵列上，所述光开关阵列中每个光开关单元对应干涉光场阵列中的一个干涉光场单元，当光开关阵列上某一个光开关单元处于开路状态时，则干涉光场阵列中与该光开关单元所对应的干涉光场单元通过，并经聚焦镜被点探测器接收。

基于光开关阵列的干涉光谱仪的制作方法，该方法由以下步骤实现：

基于光开关阵列的干涉光谱仪的制作方法，采用可见激光阵列标定与红外相机观测相结合的方法进行系统的集成，其特征是，该方法由以下步骤实现：