CN101324521A - 一种干涉仪光路系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干涉仪光路系统，光源放置的位置正好在抛物镜(1)的焦平面上，光源发出的光通过抛物镜(1)变为平行光射到干涉仪的分束片(2)上，干涉仪出射的平行光经过平面镜(3)反射到抛物镜(4)，然后再经过抛物镜(5)和(6)的反射到达探测器上。抛物镜(1、4、5、6)的抛物线方程是相同的，即有相同的焦点。抛物镜(4)和(5)间的距离正好是2倍的焦距，这样经过抛物镜(4)的光束会聚在抛物镜(4)和抛物镜(5)中间的位置，也就是他们2个焦平面的中心，此中心就是测量样品时的位置，探测器(7)放置的位置在抛物镜(6)的焦平面上，抛物镜(6)接收到的平行光正好会聚到探测器(7)上。本发明降低了光束的倾斜度，结构简单，调节方便，会聚和发散光的效率高，提高了红外吸收光谱定量和定性检测的精确度，促进了傅里叶变换红外光谱仪在大气环境检测方面的快速发展。

Description

一种干涉仪光路系统
技术领域
本发明涉及环境检测技术与分析及光学技术领域，具体的说是一种干涉仪光路系统。
背景技术
傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪由于高灵敏度和分辨率，以及可进行实时的多组分同时探测等独特的优势，在环境、化学、材料等方面都有广泛的应用，近年来尤其在大气污染的定性定量监测方面有很大的发展。分辨率是影响定性定量监测结果的最重要因素。以前迈克耳逊干涉仪里面的红外光源一般用到的是扩展光源。由于扩展光源发出的光线，有一部分平行于光轴，但也有一部分偏离光轴。这些不同入射角的光在探测器前汇合时，由于它们的光路不平行，它们的光程差也就不一样。这样就会使干涉图产生畸变，并使计算的谱线加宽，限制分辨率的提高，并且不平行的入射光还会使计算出的谱线发生位移，干扰仪器测量结果，从而降低了测量结果的精确度。
由公式计算表明，对于仪器分辨率为1cm-1，中红外波段的光谱，也就是测量光谱的最高波数是4000cm-1来说，要求光源的最大发散角是0.008。可见光谱仪对于光束的发散度有很高的要求。本发明采用抛物线的原理设计出一种能会聚和发散平行光的抛物镜，光束通过抛物镜的反射能达到在所需要的光程内会聚和发散平行光的目的，并且能够通过改变抛物镜的焦距，调节光程的长度，使检测结果最优化。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能有效地降低光束发散的方法，采用该方法降低了光束的发散度，提高了测量光谱的质量，从而提高了测量结果的精度。
本发明的技术解决方案是：
一种干涉仪光路系统，包括有光源、抛物镜、平面镜、探测器，其特征在于光源放置的位置正好在抛物镜(1)的焦平面上，光源发出的光通过抛物镜(1)变为平行光射到分束片(2)上，分成的两束光，即透过光和反射光分别在角镜上反射，会聚后产生的干涉平行光到平面镜(3)反射到抛物镜(4)，然后再经过抛物镜(5)和(6)的反射到达探测器上。抛物镜(1、4、5、6)的抛物线方程是相同的，即有相同的焦点。抛物镜(4)和(5)间的距离正好是2倍的焦距，这样经过抛物镜(4)的光束会聚在抛物镜(4)和抛物镜(5)中间的位置，也就是他们2个焦平面的中心，此中心就是测量样品时的位置，探测器(7)放置的位置在抛物镜(6)的焦平面上，抛物镜(6)接收到的平行光正好会聚到探测器(7)上。所述的光源为红外点光源，抛物镜面的抛物线方程是y2＝2*8.89*x＝17.78*x，(6.9≤y≤11.7；2.37≤x≤7.70)，旋转抛物面角度为约30度，或者根据需要调整抛物线方程和旋转抛物面角度。
本发明的工作原理是：
红外光源位于抛物镜(1)的焦平面的中心处，这样红外光源发出的光通过抛物镜(1)后，光束成平行光，经过分束片(2)后，分成了两束光，即透过光和反射光，分别在角镜上反射，然后角镜上反射的透过光和反射光会聚于分束片后产生的干涉平行光，到达平面镜(3)后再反射到抛物镜(4)上，由于抛物镜(4)和抛物镜(5)之间的距离是时焦距的2倍，这样经过抛物镜(4)的光束会聚在抛物镜(4)和抛物镜(5)中间的位置，也就是他们2个焦平面的中心，此中心就是测量样品时的位置，这样经过抛物镜(5)的光束再次成平行光，再经过抛物镜(6)的反射会聚，到达探测器(7)上，探测器(7)的位置同红外光源的位置一样，也是抛物镜焦平面的中心，这样平行光会聚到焦点上正好是探测器所在的位置，接收到的能量最高。
本发明与以前技术相比的优势在于利用抛物镜和红外点光源的结合，来产生平行光，降低了光束的发散度，提高了光谱的质量和精确度。
附图说明
图1是本发明的光路原理图。
图2是本发明的抛物镜的侧面结构图。
图3是本发明的抛物镜正面的平面结构图。
具体实施方式
参见图1-图3
如图1所示，(1)是红外光源附近的抛物镜，红外光源位于此抛物镜的焦平面的中心处。(2)是镀ZnSe分束片，对于中红外波段的光能半反半透。(3)是平面镜，用来发射光已改变光路方向。(4)是抛物镜用来会聚红外光到代测量的样品上。(5)也是抛物镜，用来把会聚到样品上的红外光束发散成平行光。(6)是抛物镜用来把抛物镜(5)发散的平行光束会聚到探测器上，来探测通过样品后光路的信号。本发明中红外光源位于抛物镜(1)的焦平面的中心处，这样红外光源发出的光通过抛物镜(1)后，光束发散成平行光，经过分束片(2)后，分成了两束光，即透过光和反射光，分别在角镜上反射，然后角镜上反射的透过光和反射光会聚于分束片后产生的干涉平行光，到达平面镜(3)后再反射到抛物镜(4)上，由于抛物镜(4)和抛物镜(5)之间的距离是焦距的2倍，这样经过抛物镜(4)的光束会聚在抛物镜(4)和抛物镜(5)中间的位置，也就是他们2个焦平面的中心，此中心就是测量样品时的位置，这样经过抛物镜(5)的光束再次成平行光，再经过抛物镜(6)的反射会聚，到达探测器(7)上，探测器(7)的位置同红外光源的位置一样，也是抛物镜焦平面的中心，这样接收到的能量最高。
图2中，抛物镜的抛物线方程是y2＝2*8.89*x＝17.78*x，(6.9≤y≤11.7；2.37≤x≤7.70)
图3中，旋转抛物面角度为约30度，内半径是6.9cm，外半径是11.7cm。
抛物镜反射面因为要求对红外光有很高的反射率，因此在反射面上要求镀银或者是镀金。一般来说在近红外和中红外，镜面的反射率在98％以上，这样才能提高光的利用。

Claims (2)

1.一种干涉仪光路系统，包括有光源、分束片、抛物镜、平面镜、探测器，其特征在于光源位于抛物镜(1)的焦平面中心，光源发出的光通过抛物镜(1)变为平行光射到干涉仪的分束片(2)上，干涉仪出射的平行光经过平面镜(3)反射到抛物镜(4)，然后再经过抛物镜(5)和(6)的反射到达探测器上；抛物镜(1、4、5、6)的抛物线方程是相同的，即有相同的焦点，抛物镜(4)与抛物镜(5)对称设置，它们间的距离正好是2倍的焦距，经过抛物镜(4)的光束会聚在抛物镜(4)和抛物镜(5)中间的位置，即位于抛物镜(4)、抛物镜(5)焦平面的中心，此中心就是测量样品放置位置，探测器(7)放在抛物镜(6)的焦平面上，抛物镜(6)接收到的平行光正好会聚到探测器(7)上。
2.根据权利要求1所述的一种干涉仪光路系统，其特征在于所述的光源为红外点光源，抛物镜面的抛物线方程是y2＝2*8.89*x＝17.78*x，6.9≤y≤11.7；2.37≤x≤7.70，旋转抛物面角度为约30度，或者根据需要调整抛物线方程和旋转抛物面角度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105424312A (zh) * 2015-11-25 2016-03-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 同轴抛物面的反射式纹影仪光学系统
CN109696245A (zh) * 2018-12-28 2019-04-30 北京北分瑞利分析仪器(集团)有限责任公司 一种角镜型迈克尔逊干涉仪
CN110262058A (zh) * 2019-06-19 2019-09-20 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种辅助光瞳光轴调节装置及方法
CN111562009A (zh) * 2020-04-27 2020-08-21 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种共光路角镜干涉仪及干涉方法

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