CN102564587B - 旋转式倍光程干涉仪 - Google Patents

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王波
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Abstract

本发明提供一种旋转式倍光程干涉仪，该干涉仪在分束器和补偿板复合结构的两侧呈45度角的水平和竖直两个方向上分别设有平面反射镜，与所述平面反射镜相对应的方向上分别设有立体角反射镜，二立体角反射镜分别通过第一旋转轴承连接连杆，两连杆之交点通过第二旋转轴承连接有旋转罗盘，转动旋转罗盘通过连杆带动水平方向上的一立体角反射镜在所述通管内进行水平直线的运动，转动旋转罗盘通过连杆带动竖直方向上的另一立体角反射镜在通管内进行竖直方向的运动。有益效果是该干涉仪借助与旋转罗盘360度转动的运动方式及立体角镜本身固有的光路准直效果，起到了倍增有效光程且达到自准直效果的双重功效，提高FTIR的分辨率，降低了对导轨的精度要求。实现成本与效益的双赢结合。

Description

旋转式倍光程干涉仪
技术领域
本发明涉及一种干涉仪，一种应用于傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)的旋转式倍光程干涉仪，也可用于傅立叶变换光谱仪。
背景技术
干涉仪是傅立叶变换红外光谱仪的核心部件，它相当于传统光谱仪的扫描机构，它通过控制动镜扫描，得到全波段光谱干涉图，对干涉图进行傅立叶变换就可得到样品的红外光谱。
为了获得理想的光谱图，必须要求干涉图有较高的分辨率，这就需要对动镜在行走过程中的横向位移和角度偏移都有严格的要求。傅立叶变换红外光谱仪的分辨率与干涉仪的动镜运动精度密切相关，对高分辨率的FTIR而言，由于需要长光程扫描，故对导轨的要求更高。早期干涉仪一般采取气垫导轨结构，音圈电机驱动。但是这种仪器结构复杂、笨重且体积大，使用和维护都不方便，已经逐渐被淘汰。
目前市场主流干涉仪如图1所示，入射光经过分束器1分成两束光，各自经过定镜2和立体角反射镜3反射，然后叠加形成的干涉光。它一般采用精密机械导轨、角镜或猫眼镜作反射镜(动镜和定镜)的结构，这种方式可以有效克服动镜倾斜带来影响，可以稍微放宽对导轨横向精度的要求，但是对垂轴方向的横移偏差要求更加苛刻，且采用这机械导轨一般都需要使用润滑油，给光学系统的清洁环境带来一定的麻烦，采用该结构的FTIR分辨率不易做到很高。
发明内容
针对现有干涉仪结构的不足，本发明的目的是提供一种旋转式倍光程干涉仪，可以在旋转体的带动下形成倍光程的效果，同时由于采用了立体角镜作为反射镜，也提高了反射光路的精确度，起到了准直光路的作用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种旋转式倍光程干涉仪，该干涉仪包括有位于整个光路下方一侧的分束器和补偿板的复合结构，还包括有位于整个光路上方一侧的通管，其中：在所述分束器和补偿板复合结构的两侧呈45度角的水平和竖直两个方向上分别设有平面反射镜，与所述平面反射镜相对应的方向上分别设有立体角反射镜，二立体角反射镜分别通过第一旋转轴承连接连杆，两连杆之交点通过第二旋转轴承连接有旋转罗盘，转动旋转罗盘通过连杆带动水平方向上的一立体角反射镜在所述通管内进行水平直线的运动，转动旋转罗盘通过连杆带动竖直方向上的另一立体角反射镜在通管内进行竖直方向的运动。
本发明的效果是该干涉仪借助与旋转罗盘360度转动的运动方式及立体角镜本身固有的光路准直效果，起到了倍增有效光程且达到自准直效果的双重功效，该结构所产生的光程差为传统迈克尔逊干涉光程差的两倍，相应FTIR的分辨率可由原来的1.5cm-1精确到0.5cm-1-0.6cm-1左右，同时由于使用了立体角镜，利于其固有的自准直光路作用，即便连杆在运动过程中产生了偏移，也不影响光路的准直效果，目前普遍使用的导轨在0-18毫米范围内需要精度误差为3-6微米，使用本干涉仪结构后允许的误差范围可扩大15-20微米，从而降低了对导轨的精度要求。实现了成本与效益的双赢结合。
附图说明
图1为传统干涉仪原理图；
图2为本发明的旋转式倍光程干涉仪原理图；
图3为本发明的干涉仪在零度转角时的结构；
图4为本发明的干涉仪在90度转角时的结构；
图5为本发明的干涉仪在180度转角时的结构；
图6为本发明的干涉仪在270度转角时的结构。
图中：
1、分束器和补偿板的复合结构    2、平面反射镜    3、立体角反射镜
4、第一旋转轴承    5、连杆    6、第二旋转轴承
7、旋转罗盘            8、通管
具体实施方式
结合附图对本发明的旋转式倍光程干涉仪的结构加以说明。
本发明的旋转式倍光程干涉仪包括有位于整个光路下方一侧的分束器和补偿板的复合结构1，还包括有位于整个光路上方一侧的通管8，在所述分束器和补偿板复合结构1的两侧呈45度角的水平和竖直两个方向上分别设有平面反射镜2，与所述平面反射镜2相对应的方向上分别设有立体角反射镜3，二立体角反射镜3分别通过第一旋转轴承4连接连杆5，两连杆5之交点通过第二旋转轴承6连接有旋转罗盘7，转动旋转罗盘7通过连杆5带动水平方向上的一立体角反射镜3在所述通管8内进行水平直线的运动，转动旋转罗盘7通过连杆5带动竖直方向上的另一立体角反射镜3在通管8内进行竖直方向的运动。立体角反射镜3与连杆5之间使用第一旋转轴承4连接，确保连杆5在前进和后退过程中，立体角镜3在通管8的内壁的共同作用下近似的进行平行直线运动。旋转罗盘7与连杆5之间使用第二旋转轴承6连接，作用为将角平面内的转动转化为水平或竖直方向上的运动。所述的平面反射镜2和分束器1均呈45度摆放。立体角反射镜3分别通过第一旋转轴承4和连杆5呈水平和竖直两个方向放置。
本发明的旋转式倍光程干涉仪功能是这样实现的：
如图2所示，当光线通过分束器和补偿板的复合结构1时，受到50％透过，50％反射膜的作用，光线分裂成不同方向的两束子光线，进行水平方向和竖直方向传播。当光线做转动时，带动两个方向的连杆5在水平和竖直方向上做直线运动，接触到一平面反射镜2后，反射到相应的立体角反射镜3，此时两束光线的光程差相等，当旋转罗盘7开始在此第二旋转轴承6起到承接作用，在同一时间，不同的方向便产生了正负方向的光程，于是便得到了倍光程差。图3-图6描述了转动倍光程干涉仪不同旋转角度下产生倍光程的原理。此结构可以在导轨减少了一半行程情况下使FTIR保持同样分辨率，这样可以大大降低干涉仪的体积，易于实现仪器小型化。
总之，本发明的旋转倍光程干涉仪结构，由于引入旋转罗盘产生光程差，及使用立体角镜的自准直提点，可以大大减少传统干涉仪的体积而不影响FTIR的分辨率，同甚至还能提高分辨率，这对高端FTIR的小型化和智能化有重要意义。

Claims (1)

1.一种旋转式倍光程干涉仪，该干涉仪包括有位于整个光路下方一侧的分束器和补偿板的复合结构(1)，还包括有位于整个光路上方一侧的通管(8)，其特征是：在所述分束器和补偿板复合结构(1)的两侧呈45度角的水平和竖直两个方向上分别设有平面反射镜(2)，与所述平面反射镜(2)相对应的方向上分别设有立体角反射镜(3)，二立体角反射镜(3)分别通过第一旋转轴承(4)连接连杆(5)，两连杆(5)之交点通过第二旋转轴承(6)连接有旋转罗盘(7)，转动旋转罗盘(7)通过连杆(5)带动水平方向上的一立体角反射镜(3)在所述通管(8)内进行水平直线的运动，转动旋转罗盘(7)通过连杆(5)带动竖直方向上的另一立体角反射镜(3)在通管(8)内进行竖直方向的运动。
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