CN114136442B - 基于连续旋转的干涉仪及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于连续旋转的干涉仪及其工作方法，基于连续旋转的干涉仪包括第一光源、第一透反镜和第一探测器，第一光源用于发射测量光；第一反射镜和第二反射镜关于所述第一透反镜对称设置，第一反射镜用于反射测量光的穿过第一透反镜的透射光，第二反射镜用于反射测量光在第一透反镜上的反射光；第一反射单元包括：第一旋转臂绕着旋转轴旋转；第三反射镜和第四反射镜分别设置在第一旋转臂上，且关于旋转轴对称；当第三反射镜和第四反射镜旋转到第一工作位时，第三反射镜用于将第一反射镜上的反射光反射回第一反射镜，第四反射镜用于将第二反射镜上的反射光反射回第二反射镜。本发明具有扫描速度高、信噪比高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及干涉仪，特别涉及基于连续旋转的干涉仪及其工作方法。
背景技术
干涉仪广泛用于光谱测量，包括红外、可见光以及紫外光谱，在科学研究，工业过程，卫星遥感，环境监测等等行业都有广泛的应用。
干涉仪能够对入射光进行调制形成干涉谱，再结合合适的采样方法以及傅里叶变换就可以实现光谱的采集。以干涉仪为核心的傅里叶变换光谱具有光通量大，分辨率可调，波数准确度高等特点。另一方面，干涉仪本身是精密光学机械，具有运动部件——动镜。动镜需要保持尽可能的匀速运动，在迈克尔逊干涉仪中，要求直线电机的运动速度误差在3％以内，并且保证方向不会发生任何偏转。动镜运动中细小的对准误差都会显著降低仪器的性能。干涉仪的结构大体上可以分为两类：
1.直线运动型，也即经典迈克尔逊干涉仪，优点是可用光程差长，超高分辨率(分辨率<0.1cm-1)的干涉仪大多使用这种结构。但是这种结构的缺点也非常明显：体积大，直线运动难以保持反射镜不发生偏转，扫描速度慢。
2.旋转结构型，分为摆动型和连续旋转型，均是通过旋转来获取光程差的变化，充分利用了旋转运动方向稳定，运动部件少，摩擦少(甚至无摩擦)的优点。旋转运动的缺点也非常明显：有效光程差短(大多数分辨率很难做到0.1以下)。
现有的干涉仪技术中摆动式干涉仪已经实现了超过30scans/s，使用摆动式结构想要继续提升扫描速度已经非常困难。目前能实现扫描速度超过100scans/s的技术包括旋转折射式干涉仪。该技术扫描速度快，但是因为扫描的器件是使用折射原理，光需要穿过一个透红外的介质，而介质的厚度决定了仪器的最大分辨率。因此该方法存在整体透过率偏低，并且分辨率越高透过率越低的问题。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种基于连续旋转的干涉仪。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于连续旋转的干涉仪，所述基于连续旋转的干涉仪包括第一光源、第一透反镜和第一探测器，所述第一光源用于发射测量光；所述基于连续旋转的干涉仪还包括：
第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜关于所述第一透反镜对称设置，所述第一反射镜用于反射所述测量光的穿过所述第一透反镜的透射光，所述第二反射镜用于反射所述测量光在所述第一透反镜上的反射光；
第一反射单元，所述第一反射单元包括：
第一旋转臂和驱动单元，所述第一旋转臂在所述驱动单元驱动下绕着旋转轴旋转；
第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜和第四反射镜分别设置在所述第一旋转臂上，且关于所述旋转轴对称；当所述第三反射镜和第四反射镜旋转到第一工作位时，所述第三反射镜用于将所述第一反射镜上的反射光反射回所述第一反射镜，所述第四反射镜用于将所述第二反射镜上的反射光反射回所述第二反射镜。
本发明的另一目的在于提供了本发明基于连续旋转的干涉仪的工作方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
根据本发明基于连续旋转的干涉仪的工作方法，所述工作方法为：
驱动单元驱动所述第一旋转臂单方向地连续旋转，所述第三反射镜和第四反射镜跟随所述第一旋转臂旋转，同时，第一光源发出测量光；
所述第三反射镜和第四反射镜周期性地旋转到第一工作位，此时，所述测量光在第一透反镜上的反射光依次被第二反射镜、第四反射镜和第二反射镜反射，之后穿过所述第一透反镜，被第一探测器接收，同时，所述测量光在第一透反镜上的透射光依次被第一反射镜、第三反射镜、第一反射镜和第一透反镜反射，之后被第一探测器接收，所述第一探测器输出干涉信号。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.扫描速度块、信噪比高；
驱动单元使用电机等，轻易实现每秒钟上千次扫描，且扫描速度稳定，光程差变化均匀，有助于提高信噪比；
第二光源在使用激光器的情况下，不占用红外光路，提高了光通量，尤其对干涉仪成像系统友好；
2.旋转臂上的反射镜采用角锥反射镜，摆动的空间完全开放，可以在确定角锥间距的情况下最大程度地实现高分辨率。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例基于连续旋转的干涉仪的结构示意图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1给出了本发明实施例的基于连续旋转的干涉仪的结构示意图，如图1所示，所述基于连续旋转的干涉仪包括：
第一光源11、第一透反镜41和第一探测器31，所述第一光源11用于发射测量光；
第一反射镜21和第二反射镜22，所述第一反射镜21和第二反射镜22关于所述第一透反镜41对称设置，所述第一反射镜21用于反射所述测量光的穿过所述第一透反镜41的透射光，所述第二反射镜22用于反射所述测量光在所述第一透反镜41上的反射光；
第一反射单元，所述第一反射单元包括：
第一旋转臂51和驱动单元，所述第一旋转臂51在所述驱动单元驱动下绕着旋转轴旋转；
第三反射镜23和第四反射镜24，所述第三反射镜23和第四反射镜24分别设置在所述第一旋转臂51上，且关于所述旋转轴对称；当所述第三反射镜23和第四反射镜24旋转到第一工作位时，所述第三反射镜23用于将所述第一反射镜21上的反射光反射回所述第一反射镜21，所述第四反射镜24用于将所述第二反射镜22上的反射光反射回所述第二反射镜22。
为了提高扫描速度，进一步地，所述第一反射单元还包括：
第五反射镜25和第六反射镜26，所述第五反射镜25设置在所述第一旋转臂51上，并背对所述第三反射镜23，第六反射镜26分别设置在所述第一旋转臂51上，并背对所述第四反射镜24；当所述第五反射镜25和第六反射镜26旋转到第一工作位时，所述第五反射镜25用于将所述第一反射镜21上的反射光反射回所述第一反射镜21，所述第六反射镜26用于将所述第二反射镜22上的反射光反射回所述第二反射镜22。
为了实时提供光程差参比，进一步地，所述基于连续旋转的干涉仪还包括：
第二光源12、第二透反镜42和第二探测器32，所述第二光源12发出参比光；
第七反射镜27和第八反射镜28，所述第七反射镜27和第八反射镜28关于所述第二透反镜42对称设置，所述第七反射镜27用于反射所述参比光在所述第二透反镜42上的反射光，所述第八反射镜28用于反射所述参比光的穿过所述第二透反镜42的透射光；
当所述第五反射镜25和第六反射镜26旋转到第二工作位时，所述参比光依次被第二透反镜42、第七反射镜27、第五反射镜25、第七反射镜27和第二透反镜42反射，之后被第二探测器32接收；所述参比光穿过第二透反镜42的透射光依次被第八反射镜28、第六反射镜26、第八反射镜28之后，穿过所述第二透反镜42后被第二探测器32接收。
为了进一步提高扫描速度，进一步地，所述基于连续旋转的干涉仪还包括：
第二反射单元，所述第二反射单元与所述第一反射单元相同，且共用所述旋转轴；所述第一反射单元和第二反射单元间的夹角是90度。
根据本发明实施例基于连续旋转的干涉仪的工作方法，所述工作方法为：
驱动单元驱动所述第一旋转臂51单方向地连续旋转，所述第三反射镜23和第四反射镜24跟随所述第一旋转臂51旋转，同时，第一光源11发出测量光；
所述第三反射镜23和第四反射镜24周期性地旋转到第一工作位，此时，所述测量光在第一透反镜41上的反射光依次被第二反射镜22、第四反射镜24和第二反射镜22反射，之后穿过所述第一透反镜41，被第一探测器31接收，同时，所述测量光在第一透反镜41上的透射光依次被第一反射镜21、第三反射镜23、第一反射镜21和第一透反镜41反射，之后被第一探测器31接收，所述第一探测器31输出干涉信号。
为了实现光程差参比，进一步地，在所述第一旋转臂51的连续旋转中，第二光源12发出参比光；
在所述第三反射镜23和第四反射镜24周期性地旋转到第一工作位的同时，第五反射镜25和第六反射镜26周期性地旋转到第二工作位，此时，所述参比光依次被第二透反镜42、第七反射镜27、第五反射镜25、第七反射镜27和第二透反镜42反射，之后被第二探测器32接收；同时，所述参比光穿过第二透反镜42的透射光依次被第八反射镜28、第六反射镜26、第八反射镜28之后，穿过所述第二透反镜42后被第二探测器32接收，第二探测器32输出干涉信号。
为了提高扫描速度，进一步地，当所述第三反射镜23和第四反射镜24周期性地旋转到第二工作位的同时，所述第五反射镜25和第六反射镜2641周期性地旋转到第一工作位，此时，所述测量光在第一透反镜41上的反射光依次被第二反射镜22、第五反射镜25和第二反射镜22反射，之后穿过所述第一透反镜41，被第一探测器31接收，同时，所述测量光在第一透反镜41上的透射光依次被第一反射镜21、第六反射镜26、第一反射镜21和第一透反镜41反射，之后被第一探测器31接收，所述第一探测器31输出干涉信号；
同时，所述参比光依次被第二透反镜42、第七反射27镜、第四反射镜24、第七反射镜27和第二透反镜42反射，之后被第二探测器32接收；同时，所述参比光穿过第二透反镜42的透射光依次被第八反射镜28、第三反射镜23、第八反射镜28之后，穿过所述第二透反镜42后被第二探测器32接收，第二探测器32输出干涉信号。
实施例2：
根据本发明实施例1的基于连续旋转的干涉仪及其工作方法的应用例。
在本应用例中，如图1所示，第一旋转臂51上的第三-第六反射镜均采用角反射镜，第二光源12采用激光器。
根据本发明实施例基于连续旋转的干涉仪的工作方法，所述工作方法为：
驱动单元驱动所述第一旋转臂51单方向如逆时针地连续旋转，所述第三反射镜23和第四反射镜24跟随所述第一旋转臂51旋转，同时，第一光源11发出测量光，第二光源12发出参比光；
所述第三反射镜23和第四反射镜24周期性地旋转到第一工作位，此时，所述测量光在第一透反镜41上的反射光依次被第二反射镜22、第四反射镜24和第二反射镜22反射，之后穿过所述第一透反镜41，被第一探测器31接收，同时，所述测量光在第一透反镜41上的透射光依次被第一反射镜21、第三反射镜23、第一反射镜21和第一透反镜41反射，之后被第一探测器31接收，所述第一探测器31输出干涉信号；
同时，第五反射镜25和第六反射镜26周期性地旋转到第二工作位，此时，所述参比光依次被第二透反镜42、第七反射镜27、第五反射镜25、第七反射镜27和第二透反镜42反射，之后被第二探测器32接收；同时，所述参比光穿过第二透反镜42的透射光依次被第八反射镜28、第六反射镜26、第八反射镜28之后，穿过所述第二透反镜42后被第二探测器32接收，第二探测器32输出干涉信号；
随着第一旋转臂51的进一步旋转，当所述第三反射镜23和第四反射镜24周期性地旋转到第二工作位的同时，所述第五反射镜25和第六反射镜26周期性地旋转到第一工作位，此时，所述测量光在第一透反镜41上的反射光依次被第二反射镜22、第五反射镜25和第二反射镜22反射，之后穿过所述第一透反镜41，被第一探测器31接收，同时，所述测量光在第一透反镜41上的透射光依次被第一反射镜21、第六反射镜26、第一反射镜21和第一透反镜41反射，之后被第一探测器31接收，所述第一探测器31输出干涉信号；
同时，所述参比光依次被第二透反镜42、第七反射镜27、第四反射镜24、第七反射镜27和第二透反镜42反射，之后被第二探测器32接收；同时，所述参比光穿过第二透反镜42的透射光依次被第八反射镜28、第三反射镜23、第八反射镜28之后，穿过所述第二透反镜42后被第二探测器32接收，第二探测器32输出干涉信号。
由上可见，利用第一旋转臂51的连续旋转，获得高扫描速度。
实施例3：
根据本发明实施例1的基于连续旋转的干涉仪及其工作方法的应用例，与实施例2不同的是：
还设置第二反射单元，第二反射单元和第一反射单元相同，共用转动轴，第一旋转臂和第二旋转臂间的夹角是90度，进一步提高了扫描速度。
Claims (7)
1.基于连续旋转的干涉仪，所述基于连续旋转的干涉仪包括第一光源、第一透反镜和第一探测器，所述第一光源用于发射测量光；其特征在于，所述基于连续旋转的干涉仪还包括：
第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜关于所述第一透反镜对称设置，所述第一反射镜用于反射所述测量光的穿过所述第一透反镜的透射光，所述第二反射镜用于反射所述测量光在所述第一透反镜上的反射光；
第二光源、第二透反镜和第二探测器，所述第二光源发出参比光；
第七反射镜和第八反射镜，所述第七反射镜和第八反射镜关于所述第二透反镜对称设置，所述第七反射镜用于反射所述参比光在所述第二透反镜上的反射光，所述第八反射镜用于反射所述参比光的穿过所述第二透反镜的透射光；
第一反射单元，所述第一反射单元包括：
第一旋转臂和驱动单元，所述第一旋转臂在所述驱动单元驱动下绕着旋转轴旋转；
第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜和第四反射镜分别设置在所述第一旋转臂上，且关于所述旋转轴对称；当所述第三反射镜和第四反射镜旋转到第一工作位时，所述第三反射镜用于将所述第一反射镜上的反射光反射回所述第一反射镜，所述第四反射镜用于将所述第二反射镜上的反射光反射回所述第二反射镜；
第五反射镜和第六反射镜，所述第五反射镜设置在所述第一旋转臂上，并背对所述第三反射镜，第六反射镜分别设置在所述第一旋转臂上，并背对所述第四反射镜；当所述第五反射镜和第六反射镜旋转到第一工作位时，所述第五反射镜用于将所述第一反射镜上的反射光反射回所述第一反射镜，所述第六反射镜用于将所述第二反射镜上的反射光反射回所述第二反射镜；
当第五反射镜和第六反射镜旋转到第二工作位时，所述参比光依次被第二透反镜、第七反射镜、第五反射镜、第七反射镜和第二透反镜反射，之后被第二探测器接收；所述参比光穿过第二透反镜的透射光依次被第八反射镜、第六反射镜、第八反射镜之后，穿过所述第二透反镜后被第二探测器接收。
2.根据权利要求1所述的基于连续旋转的干涉仪，其特征在于，所述基于连续旋转的干涉仪还包括：
第二反射单元，所述第二反射单元与所述第一反射单元相同，且共用所述旋转轴；所述第一反射单元和第二反射单元间的夹角是90度。
3.根据权利要求1所述的基于连续旋转的干涉仪，其特征在于，所述第三反射镜和第四反射镜采用角反射镜。
4.根据权利要求1所述的基于连续旋转的干涉仪，其特征在于，所述第二光源是激光器。
5.根据权利要求1-4中任一所述的基于连续旋转的干涉仪的工作方法，所述工作方法为：
驱动单元驱动所述第一旋转臂单方向地连续旋转，所述第三反射镜和第四反射镜跟随所述第一旋转臂旋转，同时，第一光源发出测量光；
所述第三反射镜和第四反射镜周期性地旋转到第一工作位，此时，所述测量光在第一透反镜上的反射光依次被第二反射镜、第四反射镜和第二反射镜反射，之后穿过所述第一透反镜，被第一探测器接收，同时，所述测量光在第一透反镜上的透射光依次被第一反射镜、第三反射镜、第一反射镜和第一透反镜反射，之后被第一探测器接收，所述第一探测器输出干涉信号。
6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，在所述第一旋转臂的连续旋转中，第二光源发出参比光；
在所述第三反射镜和第四反射镜周期性地旋转到第一工作位的同时，第五反射镜和第六反射镜周期性地旋转到第二工作位，此时，所述参比光依次被第二透反镜、第七反射镜、第五反射镜、第七反射镜和第二透反镜反射，之后被第二探测器接收；同时，所述参比光穿过第二透反镜的透射光依次被第八反射镜、第六反射镜、第八反射镜之后，穿过所述第二透反镜后被第二探测器接收，第二探测器输出干涉信号。
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，当所述第三反射镜和第四反射镜周期性地旋转到第二工作位的同时，所述第五反射镜和第六反射镜周期性地旋转到第一工作位，此时，所述测量光在第一透反镜上的反射光依次被第二反射镜、第五反射镜和第二反射镜反射，之后穿过所述第一透反镜，被第一探测器接收，同时，所述测量光在第一透反镜上的透射光依次被第一反射镜、第六反射镜、第一反射镜和第一透反镜反射，之后被第一探测器接收，所述第一探测器输出干涉信号；
同时，所述参比光依次被第二透反镜、第七反射镜、第四反射镜、第七反射镜和第二透反镜反射，之后被第二探测器接收；同时，所述参比光穿过第二透反镜的透射光依次被第八反射镜、第三反射镜、第八反射镜之后，穿过所述第二透反镜后被第二探测器接收，第二探测器输出干涉信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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