静态傅里叶光谱仪制造技术

所要保护的发明专利技术涉及一种干涉光谱分析设备并且能被用于不同技术领域中的光谱分析。本发明专利技术解决了增强光谱仪的光学特性的问题，其中通过采用最小数目的以低成本制造的光学元件减少了由于像差导致的来自物体的辐射光的损耗。这一问题得以解决是由于静态傅里叶光谱仪包括输入准直器，其光学连接到干涉测量单元，干涉测量元件包括光学分束器和至少两个反射镜，它们被布置为使得能够产生位于反射镜以及图像记录装置的平面中的干涉图案，图像记录装置借助于投影系统光学连接到干涉测量单元，使得所述干涉图案的图像能够被投影到图像记录装置上，其中投影系统包括球面镜和相对于反射镜的光学表面的法线位于中心的透镜类型的物镜，并且反射镜和透镜类型的物镜被设计成使光辐射能够从干涉测量单元穿过透镜类型的物镜到达球面镜，所述光辐射被所述球面镜反射并且穿过同一个透镜类型的物镜到达记录装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】静态傅里叶光谱仪本专利技术涉及干涉光谱装置并且能被用于不同
的光谱研究。由于高发光度(Zhakino增益)、高速性能和在研究的范围内整个辐射光谱的同步记录能力，傅里叶光谱仪被广泛用在光谱研究中。傅里叶光谱仪包括以下基本的功能单元:形成输入光束的系统(下文中称为输入准直器)、干涉测量单元、投影系统、记录装置。在动态傅里叶光谱仪中，经典的迈克尔逊干涉仪的各种变型最常被用作干涉测量单元，这些变型包括半透反射器(分束器)和两个反射器(或回射器)，其中一个反射器是可移动的并且提供了可变的光程差。当移动可移动的反射器时，在记录平面中发生了周期性的照明交替，从而实现了入射辐射光谱的每个波长的调制，且调制频率与波长成反比。动态傅里叶光谱仪的度量参数(例如，信噪比)取决于调制深度，取决于依次移动稳定度和移动干涉测量单元反射器的平行度。当操作傅里叶光谱仪时，外部振动会影响反射器移动的稳定度，从而限制了在强振动的条件下使用动态傅里叶光谱仪的可能性。静态傅里叶光谱仪的空间特性是在记录装置的平面内沿着其中一个坐标轴实现干涉图像的空间分解。静态傅里叶光谱仪相对于动态傅里叶光谱仪的优点是没有可移动结构、线性马达和比较复杂的控制系统，从而有机会制造紧凑的抗振动光谱仪并降低生产成本。静态傅里叶光谱仪中的调制深度取决于由投影系统的频率和对比度特性所决定的图像传输质量，并且随着投影系统中的像差增大而减小。调制深度的减小会使静态傅里叶光谱仪的度量参数(信噪比·)变差。因此，静态傅里叶光谱仪的度量参数的改善主要与投影系统的损耗最小化有关。在现有的静态傅里叶光谱仪专利N0.6222627 ;专利N0.6930781 ;美国专利N0.7092101中，通过在光学系统中增加折射和反射面的数目并采用非球面，在矫正多种像差的情况下由投影系统进行图像传输的任务得到了建设性地解决。在根据专利N0.6222627的静态傅里叶光谱仪中，干涉测量单元是基于双折射晶体(在专利N0.6222627中被称为沃拉斯顿棱镜)而生成的，具有包括多个顺序放置的透镜的投影系统。多单元的二极管标尺被用作图像记录装置。该装置的主要缺点是光谱仪的光学参数依赖于用于获得干涉图像的偏振晶体的材料和几何尺寸，这导致由于路径差对波长的依赖而造成的对光谱分辨率的限制。另一缺点是由于在投影系统中顺序放置透镜而增大了球差和色差的损耗。在根据专利N0.6930781的静态傅里叶光谱仪中，采用了干涉光线的横向移动的方案作为干涉测量单元(在专利N0.6930781中被称为San’ yak干涉仪)。该装置的主要缺点是定性的投影和由具有最小光损耗的此种类型的干涉测量单元获得的图像聚焦的技术复杂性。在这种情况下，干涉图像位于无穷远，这要求实现在傅里叶光谱仪中投影系统包括非球面的光学元件，从而降低了生产中的可操作性并且增加了成本。在这一系列值得注意的特征中最接近本专利技术的是美国专利N0.7092101的装置，其中根据迈克尔逊干涉仪的方案，实现了包括分束器和两个反射器的干涉测量单元，干涉图像形成于其中一个反射器的平面中。与干涉测量单元光学连接的输入准直器包括光阑和物镜。所指示的干涉图像的图片借助与图像记录装置光学连接的投影系统被投影到图像记录装置上。当研究细长物体的辐射时，该装置的主要缺点是要由包含一系列透镜单元的投影系统来将干涉图像的图片传送至记录装置。在该装置中，像差的减小是由透镜数目的增加而实现的，而这又会增大光谱仪的尺寸和生产成本。对于多色辐射，在大多数所考虑的装置中，传送干涉图像图片的任务是由包括连续放置的具有轴向光线路径的透镜组件的投影系统来解决的。这导致与色差和球差相关的解决能力的损耗。当传送针对细长物体而获得的干涉图像图片时，与像散和场曲有关的损耗会出现。这显著地降低了投影到图像记录装置上的图片的质量并且因此使光谱仪的度量参数变差。在仅包括顺序放置的透镜的投影系统中，对于不同类型像差进行同时补偿的技术方案导致透镜数目和尺寸的增加，会导致生产成本的增大。本专利技术的任务在于改进光谱仪的光学参数，在光谱仪中，通过最小数目的以较低成本制造的光学元件实现了在传送与像差有关的图片时光损耗的降低。设定任务是这样来实现的，静态光谱仪含有与干涉测量单元光学连接的输入准直器(干涉测量单元包括分束器和被安装的至少两个反射器以能够在反射器平面内产生干涉图像)和通过投影系统与干涉测量单元光学连接的图像记录装置，投影系统能够将指示的干涉图像图片投影到图像记录装置上，其中投影系统包括球面反射器和相对于反射器光学平面的法线位于中心的物镜，反射器和物镜被制成具有使得光辐射能够从干涉测量单元通过物镜到达球面反射器，由球面反射器反射并通过同一个物镜到达记录装置。静态傅里叶光谱仪的这组提出的特征允许获得最小的辐射损耗，同时由于球差和色差以及像散的消除使干涉图像图片被高质量地传输到记录装置，球差和色差以及像散的消除得益于最小数目的投影系统的光学元件最佳结合，所述光学元件优选是球面形状的。在投影系统中为了校正在干涉图像平面和干涉图像图片平面的非共面处的色差，复合的物镜被采用，其包括至少两个由不同材料制成并且通过光学接触而连接的透镜，其中一个透镜被制成平凸的，而与其连接的第二个透镜为新月形。为了提供振动稳定性，干涉测量单元被做成由斜边面胶合的两个玻璃矩形棱镜，其中一个被涂覆分束涂层，反射器被制作在每个棱镜中的其中一个中直线表面上以使得光学元件的数目最小化，并且棱镜被胶合使得具有反射器的表面是胶合而成的多面体的相邻表面，干涉测量单元的其中一个棱镜与投影系统的物镜通过光学接触而连接以实现从干涉仪反射面到球面反射器的光路和从球面反射器到记录装置的光线的相同条件。投影系统包括位于透镜和记录装置之间并且通过光学接触与物镜连接以实现振动稳定性的补偿器，其中补偿器采用与干涉测量单元的棱镜相同的材料制成以使得补偿器和干涉测量单元中的光学路径长度相同。补偿器以等腰矩形棱镜的形式制成，其中反射涂层在斜边面上以提供便携性，记录装置被定位成垂直于干涉测量单元的多面体的其中一个反射面的平面。通过以下附图来说明本专利技术所要保护的装置:附图说明图1示出了静态傅里叶光谱仪(辐射对象平面的剖面)的工作原理图。图2示出了傅里叶光谱仪方案的图(图像记录装置平面的剖面)。图3示出了静态傅里叶光谱仪(轴测法)。图4示出了静态傅里叶光谱仪的干涉测量单元。图5示出了傅里叶光谱仪的干涉测量单元中的路径差的形成。图6示出了干涉观察平面上的相干光束。图7示出了具有色差校正的投影系统中的光路。图8示出了具有场像差(field aberration)校正的光路。根据图1-3的静态傅里叶光谱仪包括与干涉测量单元2光学连接的输入准直器1、投影系统3和图像记录装置4。输入准直器I将辐射从待分析对象5引导至干涉测量单元2。输入准直器可以包含光阑和由几个透镜组成的系统。在这种情况下，为了获得反射器照明的均匀度和光学协调所需的最小数目的方案元件，将其设定为光阑6和两个透镜7、8的形式。根据迈克尔逊干涉仪的经典方案，干涉测量单元2可以由两个独立的反射器组成。如图1所示的干涉测量单元2被实现为两个矩形等腰棱镜9和10，它们由相同材料制成(具有相同折射率值η)并且胶合以增加振动稳定性并使生产成本最小化。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·A·斯托加诺夫，A·O·贝拉什，D·L·博加切夫，V·A·森尼切科夫，
申请(专利权)人：A·A·斯托加诺夫，A·O·贝拉什，D·L·博加切夫，V·A·森尼切科夫，
类型：
国别省市：