本发明专利技术涉及一种新型傅里叶变换光谱仪，是一种能够实现高速、高光谱分辨率、高稳定度和高通量的多反射单弹光调制型傅里叶变换光谱仪结构，提供一种光谱分辨率很高、调制速度高、无机械运动，同时又能保证足够光通量的新型单弹光调制型干涉仪结构，用来代替传统的迈克尔逊干涉仪，并结合相应的前置收集光系统，形成一种新型的，能够实现高速、高光谱分辨率、高稳定性和高通量的傅里叶变换光谱仪结构。本发明专利技术的技术解决方案是：一种多反射单弹光调制傅里叶变换光谱仪光路结构，沿光入射光路依次由第一透镜、第二透镜、光阑、起偏器、静态双折射晶体、第三透镜、弹光调制器、检偏器、第四透镜和探测器构成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型傅里叶变换光谱仪，是一种能够实现高速、高光谱分辨率、高稳定度和高通量的多反射单弹光调制型傅里叶变换光谱仪结构。
技术介绍
高速、高分辨率、宽光谱范围的光谱测量技术及仪器在科学研究、宇宙探索、环境监测、航天、军事、安全生产和化学分析等方面有广泛的应用和迫切的需求。在众多的光谱仪中，傅里叶变换光谱仪在灵敏度、光谱范围、分辨率等方面较其它如光栅、棱镜等类型光谱仪有着显著优势，因而被广泛应用于光谱测量领域。随着科学研究的深入、军事、航空航天等高科技领域的飞速发展，对光谱测量的速度、光谱范围及分辨率方面的要求也越来越苛刻。现有傅里叶变换光谱仪已无法完全满足要求，因此研究高性能傅里叶变换光谱仪具有重要意义。扫描型傅里叶变换光谱仪采用动镜扫描的迈克尔逊干涉具的结构，可以获得很高的光谱分辨率，但速度慢、对扫描机构的抗震动和镜面的要求高。为了克服扫描型FTS的缺点，研究者一直对其进行不懈的探索，在驱动方式和动镜扫描方法上加以改进。据报道[Inducingand Correction of Photometric Error Introduced to FTIR Spectra bya Non-Linear.Proc.1lth Int.Conf.0n Fourier Transform, Spectroscopy, AIP Conf.Proceedings, 1998,43084.],音圈驱动的迈克尔逊干涉仪最大扫描速度达几米/秒，在IcnT1的分辨率下，其扫描速度可达几百次/秒，但对扫描结构的要求非常苛刻。WinthropWadsworth研究成功的旋转扫描镜式光谱仪[Rugged High Speed Rotary Imaging FourierTransform Spectrometer forlndustrial Use [C].Vibrational Spectroscopy-b asedSensor Systems.Proc.0fSPIE, 2002,4577:83-88.]，其旋转速度为 360 次 /s,光谱分辨率可达lcnT1，选用合适的光学器件和探测器，其光谱范围可达I 25ym[4] ;0PTRA公司开发的高速谐振镜傅里叶变换光谱仪[High-Speed Resonant FTIR Spectrometer.Next-Generation Spectroscopic Technologies II1.Proc.0f SPIE,2010,7680,76800S-76800S-12]在分辨率为8cm_l时，其速度可达10kHz，光谱范围为7 14 μ m。虽然上述改进使扫描型傅里叶变换光谱仪的速度已有显著提高，但始终无法完全克服因机械结构带来的低速、抗震性能差的缺点，限制了其在高速、瞬态光谱测量领域的应用。弹光调制器的通光角孔径大(可用的锥角达±50° )、受光面积大(通光孔径一般为20mm，最大为45mm)、调制频率范围宽(10 200kHz)、光谱范围宽(从紫外到近红外)等优点。这些优点使得弹光调制在大视场、高速度、宽光谱测量中具有不可比拟的优势。但商业上可获得的弹光调制器采用单驱动器，仅能产生5 IOym的光程差，即最大光谱分辨率为lOOOcnT1。理论上，为提高光谱分辨率，可增加弹光调制器驱动电压或将多个弹光调制器串联使用。前者受材料的热、力学性能限制，增加光程差的效果不显著，因为增加驱动电压不仅受双折射光学材料断裂极限的约束，而且高压驱动的弹光调制器产生的热，会导致其温度上升、引起其固有频率变化，因此，需要研制具有温度控制和频率跟踪功能的高压驱动器；采用多个弹光调制器串联方式，由于弹光调制器之间的差异及高机械品质因数特点，将他们调谐到同一个频率很困难；另外，多个弹光调制器界面的多次反射将导致光能的大量损失，这些问题限制了串联方式的应用。文献[High Retardation-AmplitudePhotoelastic Modulator:US7, 764，415B2.2010-7-27]提出将一长棒等效为多个独立单元的思想，以增大光程差，这些方案理论上尚不成熟，并且对控制要求很高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提供一种光谱分辨率很高、调制速度高、无机械运动，同时又能保证足够光通量的新型单弹光调制型干涉仪结构，用来代替传统的迈克尔逊干涉仪，并结合相应的前置收集光系统，形成一种新型的，能够实现高速、高光谱分辨率、高稳定性和高通量的傅里叶变换光谱仪结构。本专利技术的技术解决方案是:一种多反射单弹光调制傅里叶变换光谱仪光路结构，沿光入射光路依次由第一透镜、第二透镜、光阑、起偏器、静态双折射晶体、第三透镜、弹光调制器、检偏器、第四透镜和探测器构成。所述的静态双折射晶体，通光方向应为晶体的光轴方向，其产生与弹光调制器最大光程差相同的静态光程差。所述的弹光调制器包括压电驱动器和弹光晶体，弹光晶体外形为八角形，前后通光面为球面，并镀制相互交错的高反射率膜。弹光晶体的前后通光面的曲率半径相同，且曲率半径优选400 600mm，弹光晶体厚度优选20 40mm，弹光晶体内反射次数优选15 30次。所述的探测器放置于第四透镜的焦点处。探测器与数据处理显示器连通。压电驱动器的驱动电压频率优选30 60kHz。第三透镜焦点在弹光晶体的中心。高反射率膜的厚度小于10 μ m。起偏器起偏方向与检偏器检偏方向平行放置，并分别与弹光调制器成±45°夹角。本专利技术的优点在于:1、利用弹光调制器调制速度快，干涉调制时间为数10 μ S，使得光谱测量速度比传统迈克尔逊提高了 3 4个数量级；2、弹光调制器的曲面多次反射结构兼顾了系统的光谱分辨率和光通量，对入射光斑大小要求小；3、本专利技术无需分光，减少了整个光学系统像差；4、本专利技术无机械运动部件，抗振动能力强；5、本专利技术只利用弹光调制器调节，易于控制；6、本专利技术原理和结构简单，便于加工，易于装调。附图说明图1是本专利技术结构原理示意图2是本专利技术弹光调制器的结构示意图；图3是本专利技术弹光晶体内多次反射结构示意图；图4是本专利技术弹光晶体的通光面与高反射率膜位置示意图。图中:1为第一透镜、2为第二透镜、3为光阑、4为起偏器、5为静态双折射晶体、6为第三透镜、7为压电驱动器、8为弹光晶体、9为高反射率膜、10为检偏器、11为第四透镜、12为探测器、13为数据处理显示器、14为弹光调制器。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术进行详细阐述。如图1-4所示，一种多反射单弹光调制傅里叶变换光谱仪光路结构，沿光入射光路依次由第一透镜1、第二透镜2、光阑3、起偏器4、静态双折射晶体5、第三透镜6、弹光调制器14、检偏器10、第四透镜11和探测器12构成。第一透镜I和第二透镜2组成的望远准直系统，对目标入射光线进行聚焦、准直并缩束；光阑3放置在望远准直系统后，限制入射光的能量，并起到消除系统杂散光的作用；起偏器4、静态双折射晶体5、第三透镜6、弹光调制器14、检偏器10、第四透镜11和探测器12构成高速、大光程差和高稳定性的单弹光调制型干涉仪，所述的静态双折射晶体5，通光方向应为晶体的光轴方向，其产生与弹光调制器14最大光程差相同的静态光程差。所述的弹光调制器14包括压电驱动器7和弹光晶体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多反射单弹光调制傅里叶变换光谱仪光路结构，其特征在于：沿光入射光路依次由第一透镜(1)、第二透镜(2)、光阑(3)、起偏器(4)、静态双折射晶体(5)、第三透镜(6)、弹光调制器(14)、检偏器(10)、第四透镜(11)和探测器(12)构成。
【技术特征摘要】
1.一种多反射单弹光调制傅里叶变换光谱仪光路结构，其特征在于:沿光入射光路依次由第一透镜(I)、第二透镜(2)、光阑(3)、起偏器(4)、静态双折射晶体(5)、第三透镜(6)、弹光调制器(14)、检偏器(10)、第四透镜(11)和探测器(12)构成。2.根据权利要求1所述的一种多反射单弹光调制傅里叶变换光谱仪光路结构，其特征在于:所述的静态双折射晶体(5)，通光方向应为晶体的光轴方向，其产生与弹光调制器(14)最大光程差相同的静态光程差。3.根据权利要求1所述的一种多反射单弹光调制傅里叶变换光谱仪光路结构，其特征在于:所述的弹光调制器(14)包括压电驱动器(7)和弹光晶体(8)，弹光晶体(8)外形为八角形，前后通光面为球面，并镀制相互交错的高反射率膜(9)。4.根据权利要求3所述的一种多反射单弹光调制傅里叶变换光谱仪光路结构，其特征在于:弹光晶体⑶的前后通光面的曲率半径相同，且曲率半径优选400 600_，弹光晶体⑶厚度优选20 40mm，弹光晶...
【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞，王志斌，赵冬娥，李晓，陈友华，魏海潮，王立福，黄艳飞，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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