双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪制造技术

本发明专利技术公开了一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪，其产生光程差的运动部件是一对平行镜，由于光线经过平行镜后的传播方向不变，因此在平行镜摆动的过程中并不会引起光线的偏折，可降低对运动部件的精度要求。另外，光线经过端面直角镜返回后产生一个垂直纸面(Z方向)的偏移量，使得入射光线和经过干涉仪后的出射光线偏离开，从而在干涉仪的分束器两端均可进行干涉信息的采集，具有双通道探测的特点。即本发明专利技术的突出优点是通过一对平行摆镜系统和端面直角反射镜，降低了对运动部件的精度要求，且可以实现双通道探测。

Dual channel parallel pendulum mirror Fourier transform infrared spectrometer

The invention discloses a dual-channel parallel pendulum mirror Fourier transform infrared spectrometer. The moving part of the spectrometer which produces optical path difference is a pair of parallel mirrors. Because the direction of light propagation after passing through the parallel mirror is unchanged, there is no deflection of light during the swinging process of the parallel mirror, and the precision requirement of the moving part can be reduced. . In addition, the light returned through the end-face rectangular mirror produces a vertical paper surface (Z direction) offset, which makes the incident light and the output light after the interferometer offset, so that interference information can be collected at both ends of the interferometer beam splitter, with the characteristics of dual-channel detection. The prominent advantage of the invention is that the precision requirement of the moving parts is reduced by a pair of parallel pendulum mirror system and a rectangular mirror on the end face, and the dual channel detection can be realized.

【技术实现步骤摘要】
双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪
本专利技术涉及光谱成像
，尤其涉及一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪。
技术介绍
红外光谱仪是对物质的化学组成进行探测和判别的有效科学仪器，具有精度高、分析速度快、结果稳定、分析过程无破坏性等优点，傅里叶变换红外光谱仪(FourierTransformInfraRedSpectrometer，FTIR)采用干涉分光原理，采集目标的干涉信息，利用干涉图与光谱图之间的傅里叶变换对应关系，通过傅里叶变换复原出目标光谱信息。相比其它类型的红外光谱仪，傅里叶变换红外光谱仪具有测量精度高、杂散光低、分辨率高、光通量大、测定速度快和测量波段宽等优势，是光谱分析强有力的工具。傅里叶变换红外光谱仪从实现的方式上，主要可以分为时间调制型和空间调制型两类。空间调制型傅里叶变换光谱技术中无运动部件，具有很好的稳定性，通常采用面阵探测器获取目标点的完整光程差干涉信息，但由于其是一种点到面的成像关系，系统的能量和灵敏度偏低。时间调制型傅里叶变换光谱仪以迈克尔逊干涉仪为代表，通过控制动镜的扫描获得时间序列的干涉图，与空间调制型相比，具有光谱分辨率高，能量高等显著优点，可以实现高精度的光谱测量，是目前商业和科研领域傅里叶变换红外光谱仪的主流。如图1所示，为传统迈克尔逊型傅里叶变换红外光谱仪结构示意图。系统主要由准直镜L1，分束器BS，固定反射镜M1，动镜M2，成像镜L2和探测器D组成。光线经过准直镜L1准直后进入干涉仪系统，分束器BS将光线分为透射和反射两路光，其中反射光经过定镜M1反射后回到分束器BS，透射光经过动镜M2反射后也返回分束器BS，两路光在分束器汇合后形成干涉光，其中一部分光经成像镜L2汇聚后被探测器D接收。工作过程中，随着动镜M2的往复平动，使得干涉仪的两臂产生随时间变化的光程差，系统光程差与动镜M2移动距离d相关：x＝2d动镜M2通过往复平动一个行程后，在探测器上可以得到一定光程差内的完整干涉强度信息，对于复色光而言，探测器上的干涉图强度表达式如下：式中，σ为入射光波数，B(σ)为入射的光谱强度，σmin～σmax为入射波数范围。得到系统的干涉强度后，通过傅里叶变换等数据处理即可复原出目标的原始光谱信息。但是，传统迈克尔逊型傅里叶变换红外光谱仪结构，对动镜的运动精度要求非常严格，动镜在运动过程中产生的倾斜将会使反射回的光线产生倾角，导致干涉图的调制度下降，因此在平动式的迈克尔逊型光谱仪中需严格控制动镜运动过程中的倾斜量，对动镜的运动控制提出较高的要求；另一方面，平动式迈克尔逊型光谱仪中有一半的光能量原路返回光源，导致可探测的能量仅有入射能量的一半，降低了系统的能量利用率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪，包括：准直镜、分束器、第一、第二与第三平面反射镜、第一与第二直角反射镜、第一与第二成像镜，以及第一与第二探测器；其中，第二平面反射镜的上下两个面均为反射面，且上下两面平行，第一与第三平面反射镜均与第二平面反射镜平行，并且第一与第三平面反射镜关于第二平面反射镜对称，这三个平面反射镜固定在一起构成平行摆镜系统；平行摆镜系统能够绕Z方向的位于第二平面反射镜上的转轴A摆动；携带被测信息的光经过准直镜准直后成为平行光，分束器将其分为透射光和反射光；反射光与透射光经过平行摆镜系统对应的反射至第一与第二直角反射镜，并原方向返回到分束器；两路光在分束器汇合后形成相干光，两路光经过平行摆镜系统反射回的光线与入射光线在Z方向有一个横向偏移量，使得从分束器出射的干涉光与入射光线偏离开；通过分束器的上方的第一成像镜和第一探测器进行干涉光强度的探测；同时，由于入射光线与经过平行摆镜系统后的出射光线在Z方向偏移开，通过在分束器下方加入第二成像镜和第二探测器进行干涉光强的探测，即可实现双通道的同时探测；两路光随着平行摆镜系统的摆动而产生随时间变化的光程差，从而在每一探测器上采集到随光程差变化的目标干涉信息，记录目标的完整干涉信息后通过光谱复原从而复原出原始光谱信息。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，通过引入一对摆动运动的平行反射镜产生光程差，其在运动过程中避免了光线倾斜的缺点，降低了对运动部件的精度要求；另外通过端面直角反射镜使出射光线与入射光线偏移开，可实现入射能量的全部利用和双通道同时探测。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术
技术介绍
提供的传统迈克尔逊型傅里叶变换红外光谱仪结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的平行摆镜系统光程差示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。在传统的平动式迈克尔逊型光谱仪中，通过动镜的运动产生光程差，在动镜运动过程中，动镜的倾斜将会使反射回的光线产生倾角，导致干涉图的调制度下降，因此在平动式的迈克尔逊型光谱仪中需严格控制动镜运动中的倾斜量。另一方面，平动式迈克尔逊型光谱仪中有一半的光能量原路返回光源，导致可探测的能量仅有入射能量的一半。为此，本专利技术实施例提供一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪，其产生光程差的运动部件是一对平行镜，由于光线经过平行镜后的传播方向不变，因此在平行镜摆动的过程中并不会引起光线的偏折，可降低对运动部件的精度要求。另外，光线经过端面直角镜返回后产生一个垂直纸面(Z方向)的偏移量，使得入射光线和经过干涉仪后的出射光线偏离开，从而在干涉仪的分束器两端均可进行干涉信息的采集，具有双通道探测的特点。即本专利技术的突出优点是通过一对平行摆镜系统和端面直角反射镜，降低了对运动部件的精度要求，且可以实现双通道探测。如图2所示，为本专利技术实施例提供的一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪的结构示意图；其主要包括：准直镜L1、分束器BS、第一、第二与第三平面反射镜(M1、M2、M3)、第一与第二直角反射镜(RM1、RM2)、第一与第二成像镜，以及第一与第二探测器；其中，第二平面反射镜的上下两个面均为反射面，且上下两面平行，第一与第三平面反射镜均与第二平面反射镜平行，并且第一与第三平面反射镜关于第二平面反射镜对称，这三个平面反射镜固定在一起构成平行摆镜系统；平行摆镜系统能够绕Z方向(垂直于纸面方向)的位于第二平面反射镜上的转轴A摆动；所述第一与第二直角反射镜均由两片成90°夹角的平面反射镜组成，直角反射镜中两个平面镜的交线在纸面内，即XY平面内，且与入射光线方向相垂直。该傅里叶变换红外光谱仪工作过程如下：携带被测信息的光经过准直镜准直后成为平行光，分束器将其分为透射光和反射光；反射光与透射光经过平行摆镜系统对应的反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪，其特征在于，包括：准直镜、分束器、第一、第二与第三平面反射镜、第一与第二直角反射镜、第一与第二成像镜，以及第一与第二探测器；其中，第二平面反射镜的上下两个面均为反射面，且上下两面平行，第一与第三平面反射镜均与第二平面反射镜平行，并且第一与第三平面反射镜关于第二平面反射镜对称，这三个平面反射镜固定在一起构成平行摆镜系统；平行摆镜系统能够绕Z方向的位于第二平面反射镜上的转轴A摆动；携带被测信息的光经过准直镜准直后成为平行光，分束器将其分为透射光和反射光；反射光与透射光经过平行摆镜系统对应的反射至第一与第二直角反射镜，并原方向返回到分束器；两路光在分束器汇合后形成相干光，两路光经过平行摆镜系统反射回的光线与入射光线在Z方向有一个横向偏移量，使得从分束器出射的干涉光与入射光线偏离开；通过分束器的上方的第一成像镜和第一探测器进行干涉光强度的探测；同时，由于入射光线与经过平行摆镜系统后的出射光线在Z方向偏移开，通过在分束器下方加入第二成像镜和第二探测器进行干涉光强的探测，即可实现双通道的同时探测；两路光随着平行摆镜系统的摆动而产生随时间变化的光程差，从而在每一探测器上采集到随光程差变化的目标干涉信息，记录目标的完整干涉信息后通过光谱复原从而复原出原始光谱信息。...

【技术特征摘要】
1.一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪，其特征在于，包括：准直镜、分束器、第一、第二与第三平面反射镜、第一与第二直角反射镜、第一与第二成像镜，以及第一与第二探测器；其中，第二平面反射镜的上下两个面均为反射面，且上下两面平行，第一与第三平面反射镜均与第二平面反射镜平行，并且第一与第三平面反射镜关于第二平面反射镜对称，这三个平面反射镜固定在一起构成平行摆镜系统；平行摆镜系统能够绕Z方向的位于第二平面反射镜上的转轴A摆动；携带被测信息的光经过准直镜准直后成为平行光，分束器将其分为透射光和反射光；反射光与透射光经过平行摆镜系统对应的反射至第一与第二直角反射镜，并原方向返回到分束器；两路光在分束器汇合后形成相干光，两路光经过平行摆镜系统反射回的光线与入射光线在Z方向有一个横向偏移量，使得从分束器出射的干涉光与入射光线偏离开；通过分束器的上方的第一成像镜和第一探测器进行干涉光强度的探测；同时，由于入射光线与经过平行摆镜系统后的出射光线在Z方向偏移开，通过在分束器下方加入第二成像镜和第二探测器进行干涉光强的探测，即可实现双通道的同时探测；两路光随着平行摆镜系统的摆动而产生随时间变化的光程差，从而在每一探测器上采集到随光程差变化的目标干涉信息，记录目标的完整干涉信息后通过光谱复原从而复原出原始光谱信息。2.根据权利要求1所述的一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪，其特征在于，反射光依次经过第一与第二平面反射镜反射后入射到第一直角反射镜上，经过第一直角反射镜反射后，反射回的光线在Z方向产生偏移后又反射回第二平面反射镜，再依次经过第二与第一平面反射镜反射后回到分束器；透射光依次经过第三与第二平面反射镜反射后入射到第二直角反射镜上，经过第二直角反射镜反射后，反射回的光线在Z方向产生偏移后又反射回第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：才啟胜，王向前，刘怡轩，黄旻，吕群波，韩炜，路向宁，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11