[发明专利]一种傅里叶变换红外光谱光谱系统及检测方法

说明书

本发明属于红外检测技术领域，公开了一种傅里叶变换红外光谱光谱系统及检测方法，干涉仪架上通过螺栓固定有由单个红外晶体加工而成不需要镀膜的ZnSe晶体分束器；ZnSe晶体分束器左侧通过螺栓固定有第一反射镜，ZnSe晶体分束器右侧通过可调节螺栓固定有第二反射镜；第一空心角反射镜、第二空心角反射镜通过螺栓固定在旋臂上；旋臂通过由四片弹簧片组成的枢纽连接到干涉仪架上；旋臂上通过螺栓固定有音圈电机，旋臂在音圈电机的驱动下绕枢纽旋转产生光程扫描。本发明易调整和小型化，干涉效率可达镀膜分束器平均调制度的80％，它的调制效率曲线在很宽的波长范围内平坦，在很宽的波长范围内都能得到较强的干涉信号。

技术领域

本发明属于红外检测技术领域，尤其涉及一种傅里叶变换红外光谱光谱系统及检测方法。

背景技术

目前，不同于光栅光谱仪，傅里叶红外光谱仪使用迈克尔干涉仪作为不同波长的光强度调制器件，通过光程差扫描，将不同波长的光谱调制成干涉曲线，通过检测器检测干涉曲线后再进行傅里叶反变换得到所需要检测的光谱。

傅里叶红外光谱仪使用的典型的迈克尔逊干涉仪；光源发出的光经准直镜变成平行光，通过补偿镜后入射到分束镜上，被分束镜的镀膜面分成50％，50％的两束光；透过的50％这一束继续透过分束镜到达固定反射镜，被固定反射镜反射，原路返回透过分束镜，再一次被分束镜的镀膜面分成两束，透过的50％回到光源，没有利用，反射的50％，经汇聚镜聚焦到检测器上；第一次被分束镀膜面反射的50％这一束透过补偿镜到达扫描反射镜，被扫描反射镜反射，原路返回透过补偿镜，再一次被分束镜的镀膜面分成两束，反射的50％回到光源，没有利用，透射的50％，经汇聚镜聚焦到检测器上；两束聚焦到检测器的光在检测器处发生干涉，被检测器检测，移动扫描镜，检测器便可检测出干涉曲线，再进行傅里叶反变换得到所需要检测的光谱。

因为分束镜的介质存在色散，所以需要和分束镜相同介质的补偿镜，以保证到达检测器的两束光透过介质的光程长度完全相等。

因为傅里叶红外光谱仪的波长检测区域非常宽，一般能覆盖7800波数到350波数，因此保证分束效果在50％-50％左右的宽光谱分束膜制造难度很大，目前现有技术还没有生产厂家能达到要求。

综上所述，现有技术存在的问题是：(1)分束镜的介质存在色散，为了保证到达检测器的两束光透过介质的光程长度完全相等，需要和分束镜相同介质的补偿镜，导致现有技术结构复杂，不能实现最小化。

(2)傅里叶红外光谱仪的波长检测区域非常宽，现有技术中保证分束效果在50％-50％左右的宽光谱分束膜制造难度很大。

解决上述技术问题的难度：光学加工难度：分束镜和补偿镜必须配对，二者厚度相差小于0.1mm，楔形角相差小于3秒。光学镀膜上的难度，形成在中红外2.5-25微米波长范围内50％/50％的分束效果的Ge介质膜现有技术不能够加工。

解决上述技术问题的意义：本发明提供了一种新的解决方案，采用ZnSe晶体加工的平行窗片(两面平行，角度误差小于3秒)作分束器，不用镀分束膜。巧妙的利用ZnSe界面宽光谱范围的30％/70％自然分束效果，利用两个界面和空心角反射镜配合，干涉仪的双臂光线分别在两界面分束，达到两个效果：1.最后合束的光通过晶体的光程相等，不再用补偿镜。2.单次反射分束效果为传统方法的41％；多次反射总和，分束效果可以达到传统方法的70％。

与传统的色散或衍射方法相比，本发明提出的傅立叶变换光谱具有几个显着的优点。这些优点是：1)使用单个IR探测器，同时测量所有波长，提供多通道优势，也称为Felgett优势，2)干涉仪光路不需要狭缝，因此具有很高的光学效率优势，通常称为Jacquinot优势，3)波长校准由调制频率和波长之间的关系决定。而调制频率由动镜扫描速度确定，与扫描的光路中介质的波长色散无关。可以通过在入射光中加入的标准波长光源来获得高波长精度。这被称为Connes的优势。

发明内容