用于气体探测的拉曼光谱成像装置及方法制造方法及图纸

本申请提出一种用于气体探测的拉曼光谱成像装置及方法，其中装置包括；共光路干涉仪，所述共光路干涉仪中设有用于产生随时间变化的光程差的动镜；所述共光路干涉仪包括：分束器，用于透射与反射光束；第一镜组、第二镜组，用于反射并改变所述光束的光路；所述第一镜组包括相对设置的第一凹面镜与第一反射镜，所述第二镜组包括相对设置的第二凹面镜与第二反射镜；光程调节组件，设于所述第一镜组与所述第二镜组之间，所述光程调节组件用于基于时间而调节光程。本申请提出的用于气体探测的拉曼光谱成像装置，具有调节精度高、稳定性强的有益效果。益效果。益效果。

【技术实现步骤摘要】
用于气体探测的拉曼光谱成像装置及方法


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其涉及用于气体探测的拉曼光谱成像装置及方法。

技术介绍

[0002]拉曼光谱的基本原理为入射光子与分子(或原子)相互作用，发生非弹性散射，产生具有特定频率位移的光，即拉曼散射光，频率位移与分子的振转能级相匹配，因此可以用于氢气等气体的检测。由于气体的拉曼散射截面低，拉曼光谱在气体传感的应用受到限制，而采用傅里叶光谱仪可以提高拉曼信号的强度。
[0003]傅里叶拉曼光谱法可以实现全波段同时扫描，大大缩短光谱扫描时间，而且傅里叶变换光谱仪还具有波数精度高、分辨率高、光通量大、信噪比高以及杂散光低等优势，可以快速、简单、可重复的进行无损伤的定性分析，对于拉曼信号强度较低的特点，采用傅里叶变换光谱法可以获得更高质量的光谱。傅里叶变换拉曼光谱成像技术核心是干涉仪。现有的干涉光谱(成像)技术主要有三种：基于迈克尔逊干涉仪的时间调制型(动态)、基于横向剪切干涉仪的空间调制型(静态)、基于横向剪切干涉仪的时空联合调制型(静态)。以这些技术为基础相继出现了多种干涉光谱(成像)仪，但是他们往往又各自存在缺陷。时间调制型干涉光谱(成像)仪通过迈克尔逊干涉仪中动镜的运动产生变化的光程差，对获取的不同光程差处的干涉条纹进行傅里叶变换得到光谱信息。这种技术光通量高、信噪比高，特别是光谱分辨率可以依靠动镜的直线运动产生很大的光程差而做到很高，但是因为动镜运动中的速度和姿态控制对干涉仪的校准精度要求很高，因而光机稳定度较差，难以应用于运动平台如车载、机载、船载、移动机器人、星载等模式；空间调制型依赖于共光路的横向剪切干涉仪，稳定性高、实时性好、结构简单，但是由于共光路干涉分光技术中分束器发出的两束光行进的路线相同从而无法产生变换的光程差，继而无法获得不同光程差处的干涉图，从而无法进行傅里叶变化而得到光谱图；时空联合调
[0004]制型结构与空间调制型类似，稳定性高，探测灵敏度可高于空间调制干涉光谱5仪和色散型光谱仪，但对平台的稳定性要求很高，而且光谱分辨率同空间调制
[0005]式相似而较低。

技术实现思路

[0006]鉴于上述内容，本申请提出一种用于气体探测的拉曼光谱成像装置及方法，0用以解决上述问题。
[0007]本申请实施例提供一种用于气体探测的拉曼光谱成像装置，包括；
[0008]共光路干涉仪，所述共光路干涉仪中设有用于产生随时间变化的光程差的动镜；
[0009]所述共光路干涉仪包括：分束器，用于透射与反射光束；
[0010]5第一镜组、第二镜组，，用于反射并改变所述光束的光路；所述第一镜组
[0011]包括相对设置的第一凹面镜与第一反射镜，所述第二镜组包括相对设置的第二凹面镜与第二反射镜；
[0012]光程调节组件，设于所述第一镜组与所述第二镜组之间，所述光程调节组件用于基于时间而调节光程。
[0013]0在至少一个实施方式中，所述光程调节组件包括第三镜组、第四镜组与平
[0014]面镜，所述第三镜组包括一对相互平行的第一镜面与第二镜面，所述第四镜组包括一对相互平行的第三镜面与第四镜面：
[0015]光束进入所述共光路干涉仪，经所述分束器后分为第一透射光束与第一反射光束，所述第一透射光束依次经所述第一镜组反射、所述第三镜组反射、所5述平面镜反射、所述第二镜组反射后返回所述分束器，被分为第二透射光束与第二反射光束；所述第一反射光束依次经过所述第二镜组反射、所述第四镜组反射、所述平面镜反射、所述第一镜组反射后返回所述分束器，并被分为第三透射光束与第三反射光束；所述第二透射光束与所述第三反射光束同向出射，所述第三透射光束与所述第二反射光束同向出射。
[0016]在至少一个实施方式中，所述光程调节组件还设有电机，所述电机驱动所述第三镜组运动。
[0017]在至少一个实施方式中，所述第三镜组运动的形式为旋转、摆动、直线移动中的一种。
[0018]在至少一个实施方式中，还包括前置组件，设于所述共光路干涉仪的入射处，包括激光器与抛物面镜，所述激光器朝向所述抛物面镜的焦点设置，用于向待测气体发射激光并激发出散射光；所述抛物面镜用于将所述散射光会聚至相同方向并射向所述共光路干涉仪。
[0019]在至少一个实施方式中，所述前置组件还包括滤光片，所述滤光片设于所述抛物面镜与所述共光路干涉仪之间，用于选择特定波段的光。
[0020]在至少一个实施方式中，还包括会聚模块、探测模块与处理模块，所述会聚模块用于将从所述共光路干涉仪出射的光束进行会聚并形成干涉后成像至所述探测模块；所述探测模块收集到干涉条纹信号后并转化为电信号，发送至所述处理模块；所述处理模块根据所述电信号复原光谱信息。
[0021]本申请实施例还提供一种用于气体探测的拉曼光谱成像方法，采用如上所述的用于气体探测的拉曼光谱成像装置实现，通过于所述共光路干涉仪中设置基于时间而改变光程的所述光程调节组件，使所述用于气体探测的拉曼光谱成像装置作用于时间调制的工作模式。
[0022]在至少一个实施方式中，包括下列步骤：
[0023]S10：前置组件向待测气体发出激光，激发出光束并入射至所述共光路干涉仪；
[0024]S20：所述光束经过分束器后分为第一透射光束与第一反射光束，所述第一透射光束依次经第一镜组反射、第三镜组反射、平面镜反射、第二镜组反射后返回所述分束器，被分为第二透射光束与第二反射光束；所述第一反射光束依次经过所述第二镜组反射、第四镜组反射、所述平面镜反射、所述第一镜组反射后返回所述分束器，并被分为第三透射光束与第三反射光束；所述第二透射光束与所述第三反射光束同向出射，所述第三透射光束与所述第二反射光束同向出射；
[0025]S30：会聚模块将自所述共光路干涉仪出射的光束形成干涉，并成像于探测模块；
[0026]S40：所述探测模块将干涉条纹转换为电信号，并发送至处理模块；
可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0040]下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本专利技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0041]请参阅图1，本申请提出一种一种用于气体探测的拉曼光谱成像装置10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于气体探测的拉曼光谱成像装置，其特征在于，包括；共光路干涉仪，所述共光路干涉仪中设有用于产生随时间变化的光程差的动镜；所述共光路干涉仪包括：分束器，用于透射与反射光束；第一镜组、第二镜组，用于反射并改变所述光束的光路；所述第一镜组包括相对设置的第一凹面镜与第一反射镜，所述第二镜组包括相对设置的第二凹面镜与第二反射镜；光程调节组件，设于所述第一镜组与所述第二镜组之间，所述光程调节组件用于基于时间而调节光程。2.如权利要求1所述的用于气体探测的拉曼光谱成像装置，其特征在于，所述光程调节组件包括第三镜组、第四镜组与平面镜，所述第三镜组包括一对相互平行的第一镜面与第二镜面，所述第四镜组包括一对相互平行的第三镜面与第四镜面：光束进入所述共光路干涉仪，经所述分束器后分为第一透射光束与第一反射光束，所述第一透射光束依次经所述第一镜组反射、所述第三镜组反射、所述平面镜反射、所述第二镜组反射后返回所述分束器，被分为第二透射光束与第二反射光束；所述第一反射光束依次经过所述第二镜组反射、所述第四镜组反射、所述平面镜反射、所述第一镜组反射后返回所述分束器，并被分为第三透射光束与第三反射光束；所述第二透射光束与所述第三反射光束同向出射，所述第三透射光束与所述第二反射光束同向出射。3.如权利要求2所述的用于气体探测的拉曼光谱成像装置，其特征在于，所述光程调节组件还设有电机，所述电机驱动所述第三镜组运动。4.如权利要求3所述的用于气体探测的拉曼光谱成像装置，其特征在于，所述第三镜组运动的形式为旋转、摆动、直线移动中的一种。5.如权利要求1所述的用于气体探测的拉曼光谱成像装置，其特征在于，还包括前置组件，设于所述共光路干涉仪的入射处，包括激光器与抛物面镜，所述激光器朝向所述抛物面镜的焦点设置，用于向待测气体发射激光并激发出散射光；所述抛物面镜用于将所述散射光会聚至相同方向并射向所述共光路干涉仪。6.如权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏儒义，舒军，吴琼水，韩舸，张慧，雷俊锋，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：