静态傅立叶光谱仪制造技术

本发明专利技术属于光谱仪器技术领域，涉及两种具有相同发明专利技术构思的静态傅立叶光谱仪，其中的一种静态傅立叶光谱仪，包括直角分束棱镜和阵列式光敏器件，所述直角分束棱镜包括第一和第二两个相互成直角的相邻平面，第一平面（Ａ）为阶梯形反射光栅面，第二平面（Ｂ）为镀有反射膜的平面，被测平行光到达所述直角分束棱镜之后，分成两部分，一部分透过分束面后垂直到达第二平面（Ｂ），由该平面反射后再由分束面反射达到阵列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到达第一平面（Ａ），经该平面反射后透过分束面达到阵列式光敏器件。本发明专利技术提供的静态傅立叶光谱仪是构造极为简单，既具高速度，稳定可靠，又具高灵敏度和高分辨率，还不需运动部件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及科学仪器，尤其是一种光谱仪器。
技术介绍
光谱仪是一种重要而常用的科学仪器，用于对光源和物质进行精密的分析。为了提 高仪器的分析灵敏度、精度和速度等性能，不断有人采用新的技术和器件改进光谱仪。如王柯敏等设计的专利技术专利(CCD光栅集成全波长光谱仪，专利号CN01114410.6)， 温志渝等设计的专利技术专利(集成化微型光谱仪，专利号CN02119512.9)，袁洪福等设计 的专利技术专利(在线近红外光谱仪，申请号CN02125852.X)，刘木清设计的专利技术专利(手 持式光谱仪，申请号CN01254633.X)，刘木清等设计的专利技术专利(一种0.7-1.7微米波 段的近红外光谱仪，申请号CN03270366.X)。在上述设计均为光栅光谱仪，采用光栅和 CCD (电荷耦合器件)作为来提高光谱仪的性能。CCD具有快速的优点，但相对于光电 倍增管等其他光电器件，CCD的灵敏度要低很多，在分析某些物质成分时仍显不足。反 之，傅立叶光谱仪具有高灵敏度的特点，但需要精密的运动部件，结构复杂，测量速度 缓慢。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，实现一种既具高速度，又 具高灵敏度，结构简单，还不需运动部件，不需要调整的新型光谱仪。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的第一种技术方案如下一种静态傅立叶光谱仪，包括直角分束棱镜和阵列式光敏器件，所述直角分束棱镜 包括第一和第二两个相互成直角的相邻平面，第一平面A为阶梯形反射光栅面，第二平 面B为镀有反射膜的平面，被测平行光到达所述直角分束棱镜之后，分成两部分， 一部 分透过分束面后垂直到达第二平面B，由该平面反射后再由分束面反射达到阵列式光敏 器件，另一部分光由分束面反射后垂直到达第一平面A，经该平面反射后透过分束面达 到阵列式光敏器件。 .上述的傅立叶光谱仪，阵列式光敏器件可以是线阵CCD、面阵CCD、面阵CMOS 图像传感器或微通道阵列光电倍增管PMT。本专利技术提出的第二种技术方案如下一种静态傅立叶光谱仪，包括直角分束棱镜和阵列式光敏器件，所述直角分束棱镜 包括第一和第二两个相互成直角的相邻平面，第一平面A和第二平面B均为阶梯形反射 光栅面，所述的两个反射光栅面的刻线方向相垂直，被测平行光到达所述直角分束棱镜之后，分成两部分， 一部分透过分束面后垂直到达第二平面B，由该平面反射后再由分 束面反射达到阵列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到达第一平面A，经该 平面反射后透过分束面达到阵列式光敏器件。上述的傅立叶光谱仪，阵列式光敏器件可以面阵CCD、面阵CMOS图像传感器或微 通道阵列光电倍增管PMT。本专利技术改进麦克耳逊干涉仪的设计，以直角分束棱镜一个部件，替代在麦克耳逊干 涉仪中的分束镜和两面反射镜，在直角分束棱镜的一个或两个相邻的透射面制成阶梯光 栅，以阵列式光敏器件，如CCD或CMOS图像传感器作为光电信号检测器件作为接收 器件，使阵列式光敏器件的每个(列)象素、阶梯光栅的每个反射面与另一个臂都构成 一个微型的麦克耳逊干涉仪，每个微型干涉仪中的光程差都不同，阵列式光电器件在接 收到不同光程差的干涉信号后，通过傅立叶变换，可以实现光谱测量。此种设计，使得 光谱仪的结构大大简化，不需运动部件，不需要调整，即可实现高速度高灵敏度光谱分 析。附图说明图l为本专利技术实施例1的光路原理图。 图2为本专利技术实施例2的光路原理图。 附图标记1为直角分束棱镜 2为阵列式光敏器件具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作详细说明。本专利技术的光栅傅立叶光谱仪实施例一:如图1所示，被测平行光通过直角分束棱镜1分成两部分， 一部分透过分束面到达直角分束棱镜的平面B，平面B镀有反射膜构成反射镜，由平面B反射后再由分束面反 射达到阵列式光敏器件2;另一部分光由分束面反射到达直角分束棱镜的平面A，平面A 是阶梯形反射光栅，这部分光在平面A反射后具有不同的光程差，透过分束面后到达阵 列式光敏器件2，但这一部分光的光程各不相同，因而与前面所述的一部分光在阵列式光 敏器件2的发生干涉时，阵列式光敏器件2测得波长不同的最大干涉强度光，通过对阵 列式光敏器件2得到的光电信号进行傅立叶变换，便可得到被测光的频谱。阵列式光敏器件可以采用线阵的CCD光敏传感器，也可以采用面阵的CCD光敏(图 像)传感器或CMOS光敏(图像)传感器，如敏通公司的13V5H等，也可以釆用其他 的面阵光敏(图像)传感器，如阵列式光电倍增管(PMT)等。在采用面阵光敏(图像)传感器时，与光栅刻槽方向相同(或说接收同一刻槽反射光)象素检测到的信号可以叠加之后再进行傅立叶变换，可以大幅度提高光谱仪的灵敏 度和光谱幅值的精度。本专利技术的光栅傅立叶光谱仪实施例二如图2所示，被测平行光通过直角分束棱镜1分成两部分， 一部分透过分束面到达 直角分束棱镜的平面B，平面B是阶梯形反射光栅，这部分光在平面B反射后具有不同 的光程差，透过分束面后到达阵列式光敏器件2;另一部分光由分束面反射到达直角分束棱镜的平面A，平面A也是阶梯形反射光栅，但其刻线方向与平面B的刻线方向相垂直， 这部分光在平面A反射后也具有不同的光程差，透过分束面后到达阵列式光敏器件2。 在阵列式光敏器件2每个象素接收到的两部分光的光程各不相同，通过对阵列式光敏器 件2得到的光电信号进行傅立叶变换，便可得到被测光的频谱。阵列式光敏器件可以采用面阵的CCD光敏(图像)传感器或CMOS光敏(图像) 传感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面阵光敏(图像)传感器，如阵列 式光电倍增管(PMT)等。通过适当调整，可以使得面阵光敏(图像)传感器每个象素点得到波长的不同最大 干涉强度光，因而本实施例可以比实施例一提高几个量级的波长分辨率。需要说明的是，本专利技术属于一种组合专利技术，是一种在技术应用上具有创新性的专利技术， 其中所涉及的光栅和光敏(图像)传感器等，都属于已有技术并且已有多种形式和应用。 在此不对其细部特征再作叙述。此外，这里以本专利技术的实施例为中心展开了详细的说明，所描述的优选方式或某些 特性的具体体现，应当理解为本说明书仅仅是通过给出实施例的方式来描述本专利技术，实 际上在组成、构造和使用的某些细节上会有所变化，包括部件的组合和组配，这些变形 和应用都应该属于本专利技术的范围内。权利要求1. 一种静态傅立叶光谱仪，包括直角分束棱镜和阵列式光敏器件，所述直角分束棱镜包括第一和第二两个相互成直角的相邻平面，第一平面(A)为阶梯形反射光栅面，第二平面(B)为镀有反射膜的平面，被测平行光到达所述直角分束棱镜之后，分成两部分，一部分透过分束面后垂直到达第二平面(B)，由该平面反射后再由分束面反射达到阵列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到达第一平面(A)，经该平面反射后透过分束面达到阵列式光敏器件。2. 根据权利要求1所述傅立叶光谱仪，其特征在于，所述阵列式光敏器件为线阵 CCD。3. 根据权利要求1或2所述傅立叶光谱仪，其特征在于，所述阵列式光敏器件为面 阵CCD。4. 根据权利要求1所述傅立叶光谱仪，其特征在于，所述阵列式光敏器件为面阵 CMOS图像传感器。5. 根据权利要求1至4任意一项所述傅立叶光谱仪，其特征在于，所述阵列式光敏 器件为微通道阵列光电倍增管PMT。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静态傅立叶光谱仪，包括直角分束棱镜和阵列式光敏器件，所述直角分束棱镜包括第一和第二两个相互成直角的相邻平面，第一平面（Ａ）为阶梯形反射光栅面，第二平面（Ｂ）为镀有反射膜的平面，被测平行光到达所述直角分束棱镜之后，分成两部分，一部分透过分束面后垂直到达第二平面（Ｂ），由该平面反射后再由分束面反射达到阵列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到达第一平面（Ａ），经该平面反射后透过分束面达到阵列式光敏器件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林凌，李刚，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]