微型傅里叶变换光谱仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种微型傅里叶变换光谱仪。该光谱仪主要由准直系统、分光系统和探测接收系统构成；待测光源发射的光束经准直系统准直后入射到分束器上，分束器将入射光分为强度相等的两束相干光，一束经分束器反射后入射到第二反射镜上，经过反射后返回分束器，另一束透过分束器入射到第一阶梯镜上，经反射后回到分束器。由第二反射镜和第一阶梯镜不同位置反射的光在探测接收系统的空间不同位置发生干涉形成多个定域干涉条纹。本实用新型专利技术除了具备高光通量和高分辨率等优点外，还具有重复性好、工作可靠，并且测量实时性好等优点，在省略掉激光参考干涉仪基础上实现了各级次同时采样，可广泛应用于光源等多种光谱测量。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光谱测量仪器
，涉及一种基于调制的微型光谱仪(FTS)，特别 涉及一种新型的空间能量分割的基于Michelson干涉原理的微型傅里叶变换光谱仪。
技术介绍
光谱仪器是分析物质组成成分以及结构的强有力的工具，在环境监测、化学分析、生物 医学、国防和光电子功能材料等科研领域和产业界都有着广泛应用，且这些领域和产业的在 线实时监测以及便携等要求推动了光谱仪器微型化的发展，并有着广阔的应用前景。近几年来，微型化光谱仪的研究进展非常迅速，现有的微小型光谱仪绝大多数仍然采用 经典光谱仪原理，由于入射狭缝孔径或光阑的大小限制了光通量和效率严重下降的问题，对 一些微弱信号的分析极其不利。与传统的经典微型光谱仪相比，基于调制原理的微型化FTS 同时具备高光通量、高分辨率的性能，并且在实际工艺实现中弥补了同样是基于调制原理的 哈达玛变换光谱仪编码模板材料受限制的缺点。目前，常见的基于调制原理的微型化光谱仪(FTS)主要由准直系统、分光系统和探测 接收系统构成；所述的分光系统包括分束器及分束器两臂上的两个反射镜，其中第一反射镜 为动镜，第二反射镜为静止的平面镜。这种光谱仪采用时间调制方式来实现光信号的调制， 在探测系统接收处依次形成多个定域干涉条纹；由于作为反射镜的动镜需要一套高精度的驱 动系统，该驱动系统含有运动部件，因而系统的重复性和可靠性难以保证并且测量实时性较 差；并且这种光谱仪需要利用激光参考干涉仪来确定采样点，因而其结构复杂。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种结构简单、重复性好、工作可靠，并且测量实 时性好的微型傅里叶变换光谱仪。本技术的微型傅里叶变换光谱仪包括准直系统、分光系统和探测接收系统构成；所 述的分光系统包括分束器及分束器两臂上的第二反射镜和第一反射镜，其特征在于第一反射 镜采用第一阶梯镜；第二反射镜反射的光线透过分束器到达探测接收系统，第一阶梯镜反射 的光线经分束器反射到达探测接收系统，由第二反射镜和第一阶梯镜不同位置反射的光在探 测接收系统面阵探测器的空间不同位置发生干涉形成干涉条纹。所述的第二反射镜的反射面与第一阶梯镜的反射面垂直。待测光源发射的光束经准直系统准直后入射到分束器上，分束器将入射光分为强度相等 的两束相干光 一束经分束器反射后入射到第二反射镜上，经过反射后返回分束器，另一束 透过分束器入射到第一阶梯镜上，经反射后回到分束器。第二反射镜反射的光线透过分束器 到达探测接收系统，第一阶梯镜反射的光线经分束器反射到达探测接收系统；由第二反射镜 和第一阶梯镜不同位置反射的光在探测接收系统面阵探测器的空间不同位置发生干涉形成 多个定域干涉条纹。本技术采用了阶梯镜作为第一反射镜，实现光的空间调制，在探测接收系统的面阵 探测器上形成多个定域干涉条纹。由于阶梯镜的形状及结构尺寸是固定不变的，因而本实用 新型除了具备目前常见的基于调制原理的微型化光谱仪(FTS)本身的高光通量和高分辨率 等优点外，还具有重复性好、工作可靠，并且测量实时性好等优点，实现了各级次同时采样， 并且不需要利用激光参考干涉仪来确定采样点，结构简单。本技术通过探测接收系统记 录每一个干涉级次的光强并通过傅里叶变换即可恢复待测光谱曲线，可广泛应用于光源等多种光谱测量。作为本技术的进一步改进是所述的第二反射镜采用第二阶梯镜；第二阶梯镜的阶 梯周期山为第一阶梯镜的阶梯周期d2与第一阶梯镜的阶梯数N的乘积；第二阶梯镜反射的光 线透过分束器到达探测接收系统，第一阶梯镜反射的光线经分束器反射到达探测接收系统； 由第二阶梯镜和第一阶梯镜不同位置反射的光在探测接收系统面阵探测器的空间不同位置 发生千涉形成干涉条纹。所述的第二阶梯镜的反射面与第一阶梯镜的反射面垂直，与第一阶梯镜的阶梯反射截断 面平行。待测光源发射的光束经准直系统准直后入射到分束器上，分束器将入射光分为强度相等 的两束相干光 一束经分束器反射后入射到第二阶梯镜上，经过反射后返回分束器，另一束 透过分束器入射到第一阶梯镜上，经反射后回到分束器。第二阶梯镜反射的光线透过分束器 到达探测接收系统，第一阶梯镜反射的光线经分束器反射到达探测接收系统；由第二阶梯镜 和第一阶梯镜不同位置反射的光在探测接收系统面阵探测器的空间不同位置发生干涉形成 多个定域干涉条纹。本技术第二反射镜也采用阶梯镜，可以在不减小探测精度的前提下，把一维探测转 换为空间二维探测，从而减小了系统的体积，提高了系统的集成度。所述的第一阶梯镜的阶梯数等于第二阶梯镜的阶梯数。其优点在于探测器所探测到的级 次信息与后续傅里叶快速变换所需要的信息量大致接近，从而得到精确度较为准确的光谱。光谱仪的采样方式可以设置为单边采样方式；此时，第二阶梯镜的距分束器最近的反射 面与分束器上的A点之间的距离A等于第一阶梯镜的距分束器最近的反射面与分束器上的A 点之间的距离/2;其中，A为第二阶梯镜的距分束器最近的反射面与第一阶梯镜的距分束器 最近的反射面在分束器上投影的公共重叠区域内的一个点。光谱仪的采样方式可以设置为双边采样方式；此时，第一阶梯镜的距分束器最近的反射 面与分束器之间的距离/2、第二阶梯镜的距分束器最近的反射面与分束器之间的距离A，两 者之差为最小干涉级次与最小探测波长的二分之一的乘积；其中，A为第二阶梯镜的距分束 器最近的反射面与第一阶梯镜的距分束器最近的反射面在分束器上投影的公共重叠区域内 的一个点。光谱仪的采样方式可以设置为过零单边采样方式；此时，第一阶梯镜的距分束器最近的反射面与分束器之间的距离/2.第二阶梯镜的距分束器最近的反射面与分束器之间的距离/i,两者之差为最小干涉级次与最小探测波长的二分之一的乘积；其中，A为第二阶梯镜的距 分束器最近的反射面与第一阶梯镜的距分束器最近的反射面在分束器上投影的公共重叠区 域内的一个点。该采样方式在不降低系统的性能的基础上减小了后续系统的运算量。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细说明。附图说明图l是本技术的俯视结构示意图。图中l为待测光源，它不属于结构的一部分，2为 准直系统，3为镀有半反半透膜层的分束器，4为第二阶梯镜，5为第一阶梯镜，6为会聚透 镜组合，7为面阵探测器，IO基片。图2是分束器两臂的光程示意图。A为第二阶梯镜的距分束器最近的反射面与第一阶梯 镜的距分束器最近的反射面在分束器上的投影的公共重叠区域内任意选取的一个点，第二阶 梯镜的距分束器最近的反射面与分束器之间的距离为A，第一阶梯镜的距分束器最近的反射 面与分束器之间的距离为/2。图3是阶梯镜的具体结构的放大图。图中8为阶梯镜的反射面，其宽度为/， 9是阶梯镜的 阶梯反射截断面，阶梯周期为^，即阶梯镜相邻阶梯之间的距离。图4为空间光经分束器3分束，经过第二阶梯镜4、第一阶梯镜5反射后的光束发生干涉后 产生定域干涉条纹的分布。具体实施方式本技术的空间调制微型光谱仪结构如图l所示，l为待测光源，为一扩展光源，不 属于光谱仪结构的一部分，而是光谱仪的探测目标。光谱仪主要由三个基本的部分组成准 直系统2、分光系统和探测接收系统，这三个系统都固定在基片10上。基片10在整个结构 中起到结构支撑作用，可选取金属材料或硅片制成。准直系统2是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型傅里叶变换光谱仪，包括准直系统、分光系统和探测接收系统构成；所述的分光系统包括分束器及分束器两臂上的第一反射镜和第二反射镜，其特征在于第一反射镜采用第一阶梯镜（５）；第二反射镜反射的光线透过分束器到达探测接收系统，第一阶梯镜（５）反射的光线经分束器反射到达探测接收系统，由第二反射镜和第一阶梯镜（５）不同位置反射的光在探测接收系统面阵探测器的空间不同位置发生干涉形成干涉条纹。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁静秋，孔延梅，梁中翥，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：82[中国|长春]