[发明专利]自参考光谱仪

说明书

本公开的各方面涉及一种自参考光谱仪，其用于提供对背景或参考光谱密度以及样品或其他光谱密度的同时测量。自参考光谱仪包括干涉仪，该干涉仪被光耦合以接收输入光束，并且沿第一光路引导输入光束以产生第一干涉光束，并且沿第二光路引导输入光束以产生第二干涉光束，其中每个干涉光束是在干涉仪的输出之前被产生的。光谱仪还包括检测器，其被光耦合以同时检测从第一干涉光束产生的第一干涉信号和从第二干涉光束产生的第二干涉信号，以及处理器，其被配置为处理第一干涉信号和第二干涉信号，并且在处理第一干涉信号时将第二干涉信号用作参考信号。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月30日在美国专利和商标局提交的美国临时申请第62/651,016号和于2019年3月28日在美国专利和商标局提交的美国实用新型申请第16/368,771号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文，就好像以下完整地出于所有适用目的进行了完全阐述。

技术领域

以下讨论的技术总体上涉及光谱仪，并且特别地涉及用于同时捕获背景或参考光谱密度和样品光谱密度的光谱仪。

背景技术

傅立叶变换红外(FT-IR)光谱仪测量单束光谱(功率谱密度(PSD))，其中单束光谱的强度与到达检测器的辐射功率成比例。为了测量样品的吸光度，应当首先测量背景光谱(即，不存在样品时的单光束光谱)以补偿仪器传递函数。然后可以测量从样品透射或反射的光的单束光谱。可以从样品的透射率或反射率计算样品的吸光度。例如，可以将样品的吸光度计算为来自样品的透射光或反射光的光谱与背景光谱的比率。

对于透射测量，可以在光路中不放置任何物质(例如，空的比色杯)的情况下，通过在仪器的输入处测量光束的光谱来获取背景光谱。对于反射测量，可以通过放置具有接近平坦的光谱响应(跨感兴趣光谱范围具有超过95％反射率)的参考材料而不是样品来获取背景光谱。通常应当在与样品测量相同的条件下进行背景测量。

为了继续测量准确的吸收光谱，应当经常甚至在每次样品测量之前进行背景测量，这会花费额外的时间。光谱学家研究了背景测量的频率以及光谱如何随温度和时间变化，以试图推导用于模拟这些效应的模型并且确定如何补偿它们。需要光谱仪设计的其他增强，以减少测量过程中的时间，同时保持在线的参考/背景测量以补偿任何PSD漂移效应。

发明内容

以下给出了本公开的一个或多个方面的简化概述，以便提供对这些方面的基本理解。该概述不是本公开的所有预期特征的广泛概述，并且既不旨在标识本公开的所有方面的关键或重要元素，也不旨在界定本公开的任何或所有方面的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本公开的一个或多个方面的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

本公开的各个方面提供了对背景或参考光谱密度以及样品或其他光谱密度的同时测量，以维持在线的背景/参考测量，补偿任何PSD漂移效应，并且使获取背景/参考测量并且执行任何PSD补偿所需要的时间最小化。在本公开的一个方面，自参考光谱仪包括干涉仪，该干涉仪被光耦合以接收输入光束，并且沿第一光路引导输入光束以产生第一干涉光束，并且沿第二光路引导输入光束以产生第二干涉光束，其中第一干涉光束和第二干涉光束是在干涉仪的输出之前被产生的。光谱仪还包括被光耦合以同时检测从第一干涉光束产生的第一干涉信号和从第二干涉光束产生的第二干涉信号的检测器、耦合到检测器并且被配置为处理第一干涉信号和第二干涉信号并且在处理第一干涉信号时将第二干涉信号用作参考信号的处理器。