CN103712691A - 一种傅立叶变换光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种傅立叶变换光谱仪，包括：光源和准直单元，所述光源发出的光经准直单元准直后入射到分束器上；分光单元，所述分光单元包括分束器、透射光折叠镜、第一反射镜、第二反射镜和移动部件；所述分束器将入射光分成两束，分束后的反射光被第一反射镜回射至分束器，分束后的透射光经过所述透射光折叠镜反射后被第二反射镜回射至分束器；所述透射光折叠镜将所述透射光折向所述反射光的方向；所述移动部件移动所述第一反射镜和／或第二反射镜用于改变光程差；探测单元，经过第一反射镜、第二反射镜回射的光经过所述分束器透射、反射后被探测单元接收。本发明具有分辨率高、公差要求小、体积小、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种傅立叶变换光谱仪。
背景技术
傅立叶变换光谱仪采用迈克尔逊干涉仪作为核心部件，其基本原理是：准直的光束入射干涉仪中，通过干涉仪中动镜的运动，获取不同光程差下的干涉图，将获取的干涉图进行傅立叶变换即可得到对应的光谱图，从而实现光谱探测。
而传统的迈克尔逊干涉仪主要是由分束器、固定的平面反射镜和运动的扫描反射镜构成，其中平面反射镜和扫描反射镜正交，且两者与分束器的夹角均为45度。由于受到分束镜的偏振效应影响，通过干涉仪的光束能量相对较低。
这种干涉仪在经过分束器之后，反射光路和透射光路相互正交，这就使得干涉仪的器件分别在反射和透射两个光路方向上延伸，大大增大了干涉仪的体积。
虽然通过缩短光路可以实现干涉仪体积的缩小，但控制扫描反射镜移动的移动器件本身也会占据两个光路方向上的空间，不能从根本上解决干涉仪体积大的问题，也就无法有效的减小傅立叶变换光谱仪的体积。
发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种体积小、成本低、分辨率高、公差要求小的傅立叶变换光谱仪。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种傅立叶变换光谱仪，包括：
光源和准直单元，所述光源发出的光经准直单元准直后入射到分束器上；
分光单元，所述分光单元包括分束器、透射光折叠镜、第一反射镜、第二反射镜和移动部件；所述分束器将入射光分成两束，分束后的反射光被第一反射镜回射至分束器，分束后的透射光经过所述透射光折叠镜反射后被第二反射镜回射至分束器；所述透射光折叠镜将所述透射光折向所述反射光的方向；所述移动部件移动所述第一反射镜和／或第二反射镜用于改变光程差；
探测单元，经过第一反射镜、第二反射镜回射的光经过所述分束器透射、反射后被探测单元接收。
作为优选，所述透射光折叠镜为平面反射镜。
作为优选，所述透射光折叠镜与所述分束器平行。
作为优选，所述第一反射镜和／或第二反射镜为平面反射镜或角反射镜。
进一步，所述第一反射镜、第二反射镜均为角反射镜时，所述移动部件转动移动所述第一反射镜、第二反射镜。
进一步，所述移动部件包括摆轴和分别与摆轴相连的第一摆臂、第二摆臂，所述第一反射镜、第二反射镜分别与第一摆臂、第二摆臂相连；所述摆轴带动第一摆臂、第二摆臂摆动，第一摆臂、第二摆臂再带动第一反射镜、第二反射镜运动，改变光程差。
进一步，所述光源发出的光经准直单元准直后以30°角入射到分束器上。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、体积小、成本低
通过透射光路中的透射光折叠镜将透射光向反射光的方向上折叠，因原有的反射光光路仍有器件，透射光转向反射光的方向不会额外占据反射光方向上的空间，使得光谱仪在透射方向上的空间大大减小，缩小了光谱仪的体积；
通过将透射光向反射光的方向上折叠，可以方便地采用一个动力机构同时控制反射和透射两个光路方向上的反射镜的移动，从而实现了采用最少的光学器件实现光谱仪体积减小的目的，降低了成本。
2、高光谱分辨率
在线性马达带动下，可以获取马达移动行程两倍的光程差；在摆臂摆动机构带动下，可以实现约4倍角镜在光轴方向运动距离的光程差，提高了光谱仪的光谱分辨率。
3、公差要求小
本发明的光谱仪使用单一折叠镜实现光路折叠，利用较少的光学器件缩小了干涉仪的体积的同时，也可选用角反射镜实现光束回射，降低了光谱仪光学准直精度，便于制作实现。
4、光束能量利用率高
本发明采用30°角斜入射的方式，经分束器分束的反射光和透射光不再相互正交，可以降低由分束镜引入的偏振效应的影响，使更多的光通过干涉仪，光束能量利用率高。
附图说明
图1为实施例1中傅立叶变换光谱仪结构示意图；
图2为实施例2中傅立叶变换光谱仪结构示意图；
图3为实施例4中傅立叶变换光谱仪结构示意图。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1，一种傅立叶变换光谱仪，应用于红外领域，包括光源11、准直单元12、分光单元201和探测单元3。
所述光源11发出的光经准直单元12准直后入射到分束器21上；所述光源11为红外光源，所述准直单元12的准直镜为抛物面反射镜；
本实施例，所述光源11发出的光经准直单元12准直后以30°角入射到分束镜上，可以降低分束镜偏振效应的影响，使得更多的光束能量通过干涉仪系统。
所述分光单元201包括分束器21、透射光折叠镜23、第一反射镜221、第二反射镜241和移动部件251；
所述分束器21将入射光分成两束，分束后的反射光被第一反射镜221回射至分束器21；分束后的透射光经过所述透射光折叠镜23反射后被第二反射镜241回射至分束器21；分束器21可以为ZnSe，KBr和BaF2等材质；
所述透射光折叠镜23将所述透射光折向所述反射光的方向；所述透射光折叠镜23只要能将所述透射光的方向折向所述反射光的方向即可，对其类型不加限制，如平面反射镜、反射平板等。同时对透射光折叠镜23的放置方向也不加限制。
优选的，本实施例的透射光折叠镜23为与所述分束器21平行放置的平面反射镜；折叠后的透射光与所述反射光的方向平行，便于光路调节，同时方便移动部件对反射镜的控制。
所述第一反射镜221和第二反射镜241用来使光路回射至分束器，可以为平面反射镜或角反射镜。本实施例均为平面反射镜。
为了改变光程差，所述移动部件251移动所述第一反射镜221或第二反射镜241或同时移动第一反射镜221或第二反射镜241均可；可以采用线性或转动方式移动。本实施例的移动部件251为线性马达，移动所述第二反射镜24，所述第二反射镜24在线性马达带动下沿着光轴所在方向做线性往返运动改变光程差。
探测单元3，经过第一反射镜221、第二反射镜241回射的光经过所述分束器21透射、反射后产生合束干涉；干涉光束出射进入探测单元3被探测单元3接收。
所述探测单元3为红外探测单元，包括聚焦抛物面反射镜31、红外探测器32和处理模块33，本实施实例中红外探测器32可以是Si-PIN探测器，MCT探测器，DTGS探测器等其他红外探测器件。
干涉光束经过聚焦抛物面反射镜31聚焦到红外探测器32感光面上，在红外探测器32处获得与光程差相对应的一系列红外光信号强度值；红外探测器32将探测到的红外干涉信号传递给处理模块33进行傅里叶变换，从而得到对应的红外光谱谱图。
在线性马达带动下，可以获取马达移动行程两倍的光程差，大大提高了光谱分辨率。
通过透射光路中的透射光折叠镜将透射光向反射光的方向上折叠，大大缩短了透射方向上的光路，使得光谱仪在透射方向上的空间大大减小，缩小了光谱仪体积。
实施例2
请参阅图2，一种傅立叶变换光谱仪，与实施例1中的傅立叶变换光谱仪不同的是：
本实施例的第二反射镜242为角反射镜。
实施例3
一种傅立叶变换光谱仪，与实施例2中所述傅立叶变换光谱仪不同的是：
移动部件还移动所述第一反射镜。
实施例4
请参阅图3，一种傅立叶变换光谱仪，与实施例3中所述傅立叶变换光谱仪不同的是：
分光单元20中的第一反射镜222、第二反射镜242均为角反射镜，移动部件252转动移动所述第一反射镜222、第二反射镜242。
本实施例移动部件252采用摆臂结构。
所述移动部件252包括第一摆臂26、第二摆臂27和摆轴28，所述第一摆臂26、第二摆臂27连接在摆轴28上，所述第一反射镜222、第二反射镜242分别与第一摆臂26、第二摆臂27相连；所述摆轴28带动第一摆臂26、第二摆臂27摆动，第一摆臂26、第二摆臂27再带动第一反射镜222、第二反射镜242运动，进而改变光程差。
在摆臂摆动机构带动下，可以实现约4倍角反射镜在光轴方向运动距离的光程差，提高了光谱仪的光谱分辨率。
在需要同时移动反射光路上的反射镜的场合，可以采用一个动力机构同时控制反射和透射两个光路方向上的反射镜的移动，节省了原本单独控制反射光路上的反射镜的移动部件，使得光谱仪体积变小，成本变低。
上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：将透射光折向反射光方向，从而节省了透射光方向上的空间，减小了光谱仪的体积。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种傅立叶变换光谱仪，包括：
光源和准直单元，所述光源发出的光经准直单元准直后入射到分束器上；
分光单元，所述分光单元包括分束器、透射光折叠镜、第一反射镜、第二反射镜和移动部件；所述分束器将入射光分成两束，分束后的反射光被第一反射镜回射至分束器，分束后的透射光经过所述透射光折叠镜反射后被第二反射镜回射至分束器；所述透射光折叠镜将所述透射光折向所述反射光的方向；所述移动部件移动所述第一反射镜和／或第二反射镜用于改变光程差；
探测单元，经过第一反射镜、第二反射镜回射的光经过所述分束器透射、反射后被探测单元接收。
2.根据权利要求1所述的傅立叶变换光谱仪，其特征在于：所述透射光折叠镜为平面反射镜。
3.根据权利要求2所述的傅立叶变换光谱仪，其特征在于：所述透射光折叠镜与所述分束器平行。
4.根据权利要求1所述的傅立叶变换光谱仪，其特征在于：所述第一反射镜和／或第二反射镜为平面反射镜或角反射镜。
5.根据权利要求4所述的傅立叶变换光谱仪，其特征在于：所述第一反射镜、第二反射镜均为角反射镜时，所述移动部件转动移动所述第一反射镜、第二反射镜。
6.根据权利要求5所述的傅立叶变换光谱仪，其特征在于：所述移动部件包括摆轴和分别连接在摆轴上的第一摆臂、第二摆臂，所述第一反射镜、第二反射镜分别与第一摆臂、第二摆臂相连；所述摆轴带动第一摆臂、第二摆臂摆动，第一摆臂、第二摆臂再带动第一反射镜、第二反射镜运动。
7.根据权利要求1所述的傅立叶变换光谱仪，其特征在于：所述光源发出的光经准直单元准直后以30°角入射到分束器上。
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