一种基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪及其应用，该红外光谱仪包括前置聚焦光学系统和倾斜转镜式干涉仪，干涉仪包括第一离轴抛物反射镜、分束器、第一倾斜转镜、第二倾斜转镜、第一固定反射镜、第二固定反射镜、第二离轴抛物反射镜和红外探测器；第一倾斜转镜和第二倾斜转镜为相互平行设置的同轴倾斜转镜，运行时绕轴倾斜旋转，用于反射经分束器分开的透射光和反射光；第一固定反射镜和第二固定反射镜对称设置，用于将来自倾斜转镜的光反射回去。本发明专利技术通过将前置聚焦光学系统和倾斜转镜式干涉仪相结合，形成新型红外光谱仪，解决现有转镜式傅里叶变换红外光谱仪存在转镜材料特殊、透射光能损耗大、工作时间效率低的问题。效率低的问题。效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪及其应用


[0001]本专利技术涉及光谱分析仪
，尤其涉及一种基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪及其应用。

技术介绍

[0002]傅立叶变换红外光谱仪是基于干涉调频分光的红外光谱仪，被称为第三代红外光谱仪。现有的透射式转镜式傅里叶变换红外光谱仪存在转镜材料特殊的问题，其转镜材料要求透射率在50％以上，同时透过的波长范围要宽。红外透射材料有多种，包括离子晶体、透红外塑料、金刚石、类金刚石膜等，但每种红外透射材料均存在一定的不足。其中，离子晶体包括碱金属卤族化合物晶体，如NaCl、KCl、KBr等晶体，离子晶体NaCl是一种普遍用于FTIR光谱学的材料，其也是一种成本相当低的立方晶体材料，具有介于250nm～16μm之间的绝佳透射率，且具有天然的吸湿能力，但是氯化钠窗口片对热冲击很敏感；离子晶体KBr的光谱范围比NaCl大，且具有介于250nm～26μm之间的绝佳透射率，在此范围内，其折射率介于1.46～1.59之间，但溴化钾具有水溶性，因此其表面不可与水分接触，若与水分接触，则将会导致窗口片表面分解；常见的透红外塑料有甲基丙烯酸甲酯(即有机玻璃)，透红外塑料具备价格低廉，不溶于水、耐酸碱腐蚀等优点，但是透红外塑料的熔点较低，限制了其仅能在较低温度下使用；金刚石是一种优良的透红外材料，但是价格昂贵，在一般的仪器中不经常使用。因此，红外光谱仪的转镜材料存在特殊性。
[0003]半导体晶体也可用作透红外材料，主要为Ge、Si等晶体，这类材料在红外波段具有较大的折射率，反射损失大，一般需要镀减反射膜来减少光能损失。其中，离子晶体硒化锌ZnSe是广泛红外应用的理想选择，常用于热成像、FLIR及医疗系统，其折射率大，吸收系数低，并对热冲击具有高度的抵抗性，但是，该离子晶体是一种较易刮花的软性材料，因此不适合在恶劣的环境中使用，且如果不镀减反射膜的话，其透射率较低，光能损耗大，不适合作为转镜材料。
[0004]因此，透射式转镜式傅里叶变换红外光谱仪存在转镜材料特殊、透射光能损耗大的问题。另外，现有的透射式转镜式傅里叶变换红外光谱仪中，光程差的非线性曲线在转镜入射角为45
°
时对称，一般其有效工作角度约在对称时正负10
°
的范围内，在其它角度时无法正常工作，因此工作时间效率低，约占整个工作周期的二十分之一左右，进而影响仪器的性能、应用和发展。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提出了本专利技术是一种基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪及其应用，该红外光谱仪通过绕轴转动的倾斜反射镜组合和固定反射镜转折光路，产生连续变化的光程差，这一红外光谱仪的实现是利用反射原理而非透射原理，因而不需要用到红外透射转镜材料，也不会存在红外光透过率低的问题，其两束光的干涉光强度也可以随倾斜转镜的转动连续变化，且该红外光谱仪工作效率更高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了如下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪。
[0008]一种基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪，包括采用卡塞格林系统的前置聚焦光学系统和倾斜转镜式干涉仪，所述干涉仪包括第一离轴抛物反射镜、分束器、第一倾斜转镜、第二倾斜转镜、第一固定反射镜、第二固定反射镜、第二离轴抛物反射镜和红外探测器；
[0009]其中，第一倾斜转镜和第二倾斜转镜为相互平行设置的同轴倾斜转镜，运行时绕轴倾斜旋转，用于反射经分束器分开的透射光和反射光；第一固定反射镜和第二固定反射镜对称设置，用于将来自倾斜转镜的光反射回去。
[0010]进一步的技术方案，所述第一倾斜转镜和第二倾斜转镜选用石英玻璃镀金膜反射镜。
[0011]进一步的技术方案，所述前置聚焦光学系统用于收集红外光，该收集的红外光输出至第一离轴抛物反射镜。
[0012]进一步的技术方案，所述前置聚焦光学系统包括第一主镜、第二主镜、副镜和光阑；
[0013]所述第一主镜和第二主镜为对称设置的双曲面反射镜，用于汇聚光线，缩小光束直径；所述副镜为双曲面反射镜，用于汇聚并反射第一主镜和第二主镜汇聚的反射光。
[0014]进一步的技术方案，所述副镜设置于第一主镜和第二主镜的焦点之前，所述副镜将光线聚焦，光线焦点经过光阑射出。
[0015]进一步的技术方案，所述光阑用于限制光束的大小。
[0016]进一步的技术方案，所述第一离轴抛物反射镜为有弧度的反射镜，用于将接收的红外光光轴转折并以平行光射出；平行光进入所述分束器，分束器用于将进入的平行光分为透射光和反射光，所述透射光和反射光的比例相同。
[0017]进一步的技术方案，反射光经过第一倾斜转镜反射到第二倾斜转镜，再反射后垂直入射到第一固定反射镜上，然后光路返回，依次再经过第二倾斜转镜、第一倾斜转镜再回到分束镜；
[0018]透射光经过第二倾斜转镜反射到第一倾斜转镜，再反射后垂直入射到第二固定反射镜上，然后光路返回，依次再经过第一倾斜转镜、第二倾斜转镜再回到分束镜。
[0019]进一步的技术方案，所述第二离轴抛物反射镜的结构与第一离轴抛物反射镜相同，第二离轴抛物反射镜相对于第一离轴抛物反射镜对称设置，用于将合束光束光轴转折并聚焦进入红外探测器。
[0020]进一步的技术方案，所述红外探测器用于记录干涉信号随时间的强度变化。
[0021]本专利技术第二方面提供了一种基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪在光谱分析中的应用。
[0022]以上技术方案存在以下有益效果：
[0023](1)本专利技术所提出的基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪，通过将前置聚焦光学系统和倾斜转镜式干涉仪相结合，形成新型开放式傅立叶变换红外光谱仪，通过绕轴转动的倾斜反射镜组合实现光程差的改变，从而使两束光产生连续干涉，解决现有转镜式傅里叶变换红外光谱仪存在转镜材料特殊、透射光能损耗大、工作时间效率低的问题，提
高了仪器的性能和应用。
[0024](2)本专利技术提出了前置聚焦光学系统采用卡塞格林系统，当焦距与相对孔径在相同的情况下，该系统的遮拦比要比格雷戈里系统小，能够更容易的实现系统的轻小型化。
附图说明
[0025]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0026]图1为现有的透射式转镜式傅里叶变换红外光谱仪的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例一中开放式傅里叶变换红外光谱仪的结构示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例一中前置聚焦系统的结构示意图。
[0029]其中，1、前置聚焦光学系统，2、第一离轴抛物反射镜，3、分束器，4、第一倾斜转镜，5、第一固定反射镜，6、第二固定反射镜，7、第二倾斜转镜，8、第二离轴抛物反射镜，9、红外探测器，10、第一主镜，11、副镜，12、第二主镜，13、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪，其特征是，包括采用卡塞格林系统的前置聚焦光学系统和倾斜转镜式干涉仪，所述干涉仪包括第一离轴抛物反射镜、分束器、第一倾斜转镜、第二倾斜转镜、第一固定反射镜、第二固定反射镜、第二离轴抛物反射镜和红外探测器；其中，第一倾斜转镜和第二倾斜转镜为相互平行设置的同轴倾斜转镜，运行时绕轴倾斜旋转，用于反射经分束器分开的透射光和反射光；第一固定反射镜和第二固定反射镜对称设置，用于将来自倾斜转镜的光反射回去。2.如权利要求1所述的基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪，其特征是，所述第一倾斜转镜和第二倾斜转镜选用石英玻璃镀金膜反射镜。3.如权利要求1所述的基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪，其特征是，所述前置聚焦光学系统用于收集红外光，该收集的红外光输出至第一离轴抛物反射镜。4.如权利要求1所述的基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪，其特征是，所述前置聚焦光学系统包括第一主镜、第二主镜、副镜和光阑；所述第一主镜和第二主镜为对称设置的双曲面反射镜，用于汇聚光线，缩小光束直径；所述副镜为双曲面反射镜，用于汇聚并反射第一主镜和第二主镜汇聚的反射光。5.如权利要求4所述的基于光反射的开放式傅里叶变换红外光谱仪，其特征是，所述副镜设置于第一主镜和第二主镜的焦点之前，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱军锋，韩顺利，李成瑞，陈艺海，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：