CN115943293A - 傅里叶变换光谱仪和傅里叶变换光谱方法 - Google Patents

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Abstract

一种傅里叶变换光谱仪100，包括干涉仪10，所述干涉仪包括固定反射镜11、可移动反射镜12和检测器101，其中：所述反射镜11、12彼此平行定位并且形成光腔；所述可移动反射镜12能够操作以相对于所述固定反射镜11移动以改变所述光腔的大小；所述反射镜中的第一反射镜被定位成使得所接收的来自样品的光14穿过所述第一反射镜的背面进入所述光腔；所述检测器101被定位并且能够操作以检测已经穿过所述反射镜中的第二反射镜的背面离开所述光腔的光并且输出干涉图；并且所述反射镜11、12彼此相距一定距离，使得所述可移动反射镜处于或能够移动到其中在所述干涉仪内反射的所接收的光14去往所述检测器101的至少两条路径16、31具有相等长度的位置。

Description

傅里叶变换光谱仪和傅里叶变换光谱方法
技术领域
本发明涉及傅里叶变换光谱仪和傅里叶变换光谱方法。具体地但不排他地，本发明涉及红外傅里叶变换光谱仪和光谱学。
背景技术
每种分子和/或物质具有独特的吸收光谱，在不同程度上吸收不同光波长。图1示出示例性吸收光谱，在这种情况下为二氯甲烷的光谱。因此，可通过获得分子和/或物质的吸收光谱使用光谱学来确定分子和/或物质及其组成。
鉴于确定分子和/或物质及其组成的能力，光谱学具有广泛的使用范围，包括：
●食品质量监测(例如，食品污染或日期测定)；
●环境监测(例如，空气污染或水质)；
●医疗(例如，血液分析和药物测试)；以及
●材料控制。
然而，许多目前可用的光谱仪相对笨重和/或昂贵，限制了它们在实验室环境之外的使用，并且因此限制了它们的可用性。对于实验室之外的使用，光谱仪需要是小型化的，同时还需要是较低成本的。理想的光谱仪将是可按比例缩小到几平方毫米的大小而且足够便宜，使得可将其集成到移动电子设备中。
能够小型化的光谱仪主要存在三种设置：光栅、法布里-珀罗干涉仪和迈克尔逊干涉仪。
图2中示出光栅。对于光栅，入射到样品上的光1以入射角α引导到光栅2。穿过光栅中的不同狭缝或从不同狭缝反射的光发生干涉，从而产生输出角β相关的干涉图样3，所述干涉图样可由检测器检测。给定波长决定每个波长的光在图样中的最大值和最小值的位置，检测器可检测多个波长并因此建立光谱。
需要大量的检测器来检测足够的图样3并且获得所有必要的信息以形成全吸收光谱。此外，图样3需要足够的空间展开以获得足够的分辨率。最后，由于高阶反射，光栅的自由光谱范围有限。这些问题意味着使用光栅的光谱仪可以小型化的程度有限，并且所产生的光谱仪的光频范围有限。
图3中示出法布里-珀罗干涉仪。已经入射到样品上的光1穿过第一反射镜4透射到在两个平行反射镜4、5之间形成的空腔中。光1在反射镜4、5之间反射，并且只有光1的与空腔大小共振的波长将会透射穿过第二反射镜5，然后光6继续传递到检测器。反射镜4、5之间的距离可改变，使得用户可扫描不同光波长。通过这种方式，光谱仪可移动穿过各种波长，从而建立吸收光谱。
使用法布里-珀罗干涉仪存在几个问题。法布里-珀罗干涉仪需要大约为光波长的均匀的反射镜间距，这是难以制造的。另一个问题是高阶反射意味着干涉仪的自由光谱范围有限。此外，法布里-珀罗干涉仪需要高质量的光学镜面，通常是分层的布拉格反射镜。这意味着使用法布里-珀罗干涉仪的光谱仪的制造成本相对昂贵并且光频范围有限。
除上述外，构建布拉格反射镜需要不同材料的交替层。标准的微机电系统(MEMS)处理技术(诸如气相氢氟酸)与许多材料不相容，并且因此在按比例缩小使用法布里-珀罗干涉仪的光谱仪时限制了材料选择。
图4中示出迈克尔逊干涉仪。光1入射到分束器7上，此时，光束的一部分反射到顶部反射镜8，并且另一部分穿过分束器透射到侧反射镜9。这些部分都反射回到分束器7，在分束器处，它们重新组合。侧反射镜9的位置是可调整的，使得可改变光的一个部分的光路长度，并因此引入光路差。
迈克尔逊干涉仪用作傅里叶变换红外光谱仪的部分。侧反射镜9快速移动，检测器侧反射镜9移动时进行记录。侧反射镜9必须从零光路差移动到所期望的最大分辨率，尽管通常将反射镜移动通过光路差为零的位置更容易。可通过傅里叶变换将所产生的记录的输出转换成吸收光谱。
与光栅和法布里-珀罗相比，傅里叶变换红外光谱仪具有宽波长范围和高光谱分辨率以及高信噪比(即，Fellgett的优势)。然而，仍然存在与使傅里叶变换红外光谱仪小型化相关联的问题。旋转90度的光束路径在按比例缩小时难以制造，且尤其是难以大规模制造，这意味着难以以充分降低的成本提供按比例缩小的光谱仪。
此外，由于诸如吸合效应和调谐范围等问题，在设计MEMS时，存在涉及提供可完全相等的两个光路长度的困难。此外，光必须通过光纤耦合进出此类系统，从而进一步增加了制造系统的难度(和相关联成本)。
除上述外，对于许多小型化光谱仪，使用梳状驱动器来移动可移动反射镜。对梳状驱动器的需求增加了物理设备的大小和所涉及的成本，因为它们的制造相对复杂。
本发明的目的是克服与上述光谱仪和光谱方法相关联的一些或所有问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种傅里叶变换光谱仪，其包括：干涉仪，所述干涉仪包括固定反射镜、可移动反射镜、电路、电极以及检测器，其中：所述反射镜彼此平行定位并且形成光腔；所述可移动反射镜能够操作以相对于所述固定反射镜移动以改变所述光腔的长度；所述反射镜中的第一反射镜被定位成使得所接收的光穿过所述第一反射镜的背面进入所述光腔；所述检测器被定位并且能够操作以检测已经穿过所述反射镜中的第二反射镜的背面离开所述光腔的光并且输出干涉图；所述反射镜彼此相距一定距离，使得所述可移动反射镜处于或能够移动到其中在所述干涉仪内反射的所接收的光去往所述检测器的至少两条光路具有相等长度的位置；所述可移动反射镜和所述电极被定位成彼此相距一定距离，并且所述电路连接到所述可移动反射镜和所述电极并且能够操作以在它们之间施加电场以使所述可移动反射镜相对于所述固定反射镜移动；并且所述电极被定位成使得所述可移动反射镜位于所述固定反射镜与所述电极之间。
本发明的傅里叶变换光谱仪可对这些多重反射的干涉的某些高阶组合应用傅里叶变换，所述干涉是在于干涉仪内反射的光的至少两条光路具有相等长度时引起的。这与其中在每个反射镜面处仅发生一次反射并且仅对两个零阶反射光束的干涉应用傅里叶变换的使用迈克尔逊干涉仪的傅里叶变换光谱仪形成对比。在反射镜和检测器的‘同轴’设置中，测量从反射镜的正面反射的两个光束的零阶干涉是不可能的，因为它在反射光和直直地透射穿过光腔的光的路径差相等时发生，并且因此在反射镜之间的距离为零时发生。
在仍然是具有相关联优势(宽波长范围、高光谱分辨率和高信噪比)的傅里叶变换光谱仪的同时，光谱仪还结合了将反射镜和检测器放置成与彼此和来自样品的光同轴的优势(光谱仪的小型化更容易且相应地更便宜)。
反射镜可彼此相距一定距离，使得可移动反射镜可移动通过其中在干涉仪内反射的光的至少两条路径具有相等长度的位置。
干涉仪可包括三个或更多个反射面，所述三个或更多个反射面被布置成使得去往检测器的光路上的所接收的光从反射面中的两个或更多个反射面反射。
反射镜中的一个或多个反射镜可包括反射面中的一个或多个反射面。反射镜中的一个或多个反射镜可包括反射面中的两个或更多个反射面。反射镜中的一个或多个反射镜的正面或每个正面可以是反射面。反射镜中的一个或多个反射镜的背面或每个背面可以是反射面。每个反射面可操作以从其正面/背面反射所接收的光。反射面可被布置成使得光路中的两条或更多条光路上的所接收的光可从相同反射面中的一个或多个反射面反射。
反射镜可被布置成使得光路中的一条或多条光路上的所接收的光在一个或多个反射镜内反射。反射镜可被布置成使得光路中的一条或多条光路上的所接收的光在光腔内反射。反射镜可被布置成使得光路中的一条或多条光路上的所接收的光在反射镜中的一个或多个反射镜中进行往返。反射镜可被布置成使得光路中的一条或多条光路上的所接收的光在光腔中进行往返。
反射镜中的一个或多个反射镜可在其正面和/或背面具有涂层。涂层可以是抗反射涂层。涂层中的一个或多个涂层可各自包括反射面中的一个或多个反射面。涂层中的一个或多个涂层可包括电绝缘体。固定反射镜可在其正面上具有涂层。固定反射镜可在其背面上具有涂层。可移动反射镜可具有未涂覆的正面。可移动反射镜可具有未涂覆的背面。
傅里叶变换光谱仪可包括光源，所述光源被定位成引导光穿过第一反射镜的背面以进入光腔。
傅里叶变换光谱仪可包括样品保持架，所述样品保持架可操作以接收样品并将样品保持在适当位置，以便来自光源的光穿过样品或从样品反射，然后进入光腔。
每个反射镜可包含硅。每个反射镜可由硅构成。
仅由硅制造反射镜可简化形成傅里叶变换光谱仪的过程，因为例如不需要制造布拉格反射镜。
每个反射镜可以是平坦的。每个反射镜可以是矩形的。第一反射镜可以是固定反射镜。第二反射镜可以是可移动反射镜。
干涉仪可包括外壳。反射镜可连接到外壳。固定反射镜可连接到外壳，使得其位置相对于外壳是固定的。固定反射镜可通过固有地与外壳一起形成而连接到外壳。可移动反射镜可连接到外壳，使得其可相对于外壳移动。可移动反射镜的运动可以是弹性的。干涉仪可包括一个或多个弹性元件，所述一个或多个弹性元件将所述可移动反射镜连接到所述外壳，所述可移动反射镜能够在所述弹性元件或每个弹性元件上移动。弹性元件或每个弹性元件可以是挠曲件。挠曲件或每个挠曲件可以是螺旋状挠曲件。第二反射镜可以是圆形的。螺旋状挠曲件或每个螺旋状挠曲件可部分地或完全地环绕圆形反射镜。可存在四个挠曲件。当存在多个挠曲件时，每个挠曲件连接到反射镜和/或外壳的位置可以规则的间隔彼此间隔开。在连接到外壳之前，挠曲件或每个挠曲件可环绕反射镜360度。挠曲件或每个挠曲件可包含硅。弹性元件或每个弹性元件可由硅组成。
傅里叶变换光谱仪可包括分析单元，其可操作以接收干涉图并对其执行傅里叶变换以获得样品的光谱。分析单元可操作以对多重反射的除零阶干涉以外的某些高阶组合执行傅里叶变换。分析单元可操作以对一阶干涉执行傅里叶变换。光谱可涵盖1-2.6μm的波长范围。光谱可涵盖以下范围中的一个或多个或全部：可见光、近红外光、短波红外光、中波红外光和/或长波红外光。
傅里叶变换光谱仪包括电路和电极，电路连接到可移动反射镜和电极并且可操作以在它们之间施加电场以使可移动反射镜相对于固定反射镜移动。电路可操作以在可移动反射镜与电极之间施加电压差以施加电场。电极被定位成使得可移动反射镜位于固定反射镜与电极之间。电路可操作以在可移动反射镜与电极之间施加电压差以施加电场。
通过将电极定位成使得可移动反射镜位于电极与固定反射镜之间，致动可移动反射镜的手段(在可移动反射镜与电极之间施加电场)与光腔脱离。如果电场是跨光腔(即，在固定反射镜与可移动反射镜之间)施加的，则可移动反射镜的移动范围和光腔的最小大小将被限制为反射镜之间的原始距离的约三分之一。如果可移动反射镜移动得更近，则所需电场的大小将导致发生吸合。
通过如所述定位电极，吸合不限制光腔的最小大小或可移动反射镜可移动通过的范围，因为当电场为零时，可移动反射镜如所期望地靠近固定反射镜，并且随着电场的增大，可移动反射镜移动远离固定反射镜。
电极可定位在可移动反射镜与检测器之间。电极可具有穿过它的孔口。检测器可定位在孔口下方。检测器可定位在孔口内。电极可定位在检测器旁边。电极和检测器可一起放置在基部上。
电极可包含2D材料。2D材料的厚度小于10纳米。2D材料可以是导电的。2D材料可以是透明的。电极可包含石墨烯。石墨烯可以是导电的。石墨烯可以是透明的。电极可包含石英基底石墨烯(graphene on quartz)。电极可由石英基底石墨烯构成。石墨烯可具有小于10纳米的厚度。
通过由石墨烯形成电极，电极可以是透明的并且最终是薄的，因此不影响干涉仪的光学器件，即使当电极定位在可移动反射镜与检测器之间时也是如此。
电极可平行于每个反射镜。电极可形成外壳的基部。壁的部分可从可移动反射镜延伸到电极，从而使它们彼此相距一定距离。
反射镜可彼此相距一定距离，使得可移动反射镜处于或可移动到其中光腔长度在20-45μm之间的位置。反射镜可彼此相距一定距离，使得可移动反射镜处于或可移动到其中光腔长度在25-40μm之间的位置。反射镜可彼此相距一定距离，使得可移动反射镜处于或可移动到其中光腔长度在30-35μm之间的位置。
可移动反射镜可能够沿线移动。线可以是直线。可移动反射镜可只能够沿线移动。线可从可移动反射镜垂直延伸。线可从可移动反射镜的背面垂直延伸。线可开始于可移动反射镜的背面。
傅里叶变换光谱仪可以是红外傅里叶变换光谱仪。
根据本发明的第二方面，提供一种移动电子设备，其包括第一方面的傅里叶变换光谱仪。
通过在移动电子设备中提供傅里叶变换光谱仪，公众可以在日常使用光谱学，从而大大扩展其用途和可用性。
移动电子设备可以是移动电话、平板电脑或膝上型计算机。
根据本发明的第三方面，提供一种用于傅里叶变换光谱仪的干涉仪，所述干涉仪包括：固定反射镜和可移动反射镜，所述反射镜形成光腔，并且所述可移动反射镜可操作以相对于所述固定反射镜移动以改变所述光腔的大小；以及电路和电极，所述电路连接到所述可移动反射镜和所述电极并且可操作以在两者之间形成电场以使所述可移动反射镜相对于所述固定反射镜移动，所述可移动反射镜定位在所述固定反射镜与所述电极之间。
通过将电极定位成使得可移动反射镜位于电极与固定反射镜之间，致动可移动反射镜的手段(在可移动反射镜与电极之间施加电场)与光腔脱离。因此，吸合不限制光腔的最小大小或可移动反射镜可移动通过的范围，因为当电场为零时，可移动反射镜如所期望地靠近固定反射镜，并且随着电场的增大，可移动反射镜移动远离固定反射镜。电极可定位在可移动反射镜与检测器之间。
反射镜可彼此平行。
根据期望和/或视情况，本发明的第三方面可包括第一方面的任选特征中的任何特征。
根据本发明的第四方面，提供一种傅里叶变换光谱仪，其包括第三方面的干涉仪。
根据本发明的第五方面，提供一种用于傅里叶变换光谱仪的干涉仪，所述干涉仪包括外壳、可移动反射镜、一个或多个挠曲件、电路和电极，所述可移动反射镜通过所述挠曲件或每个挠曲件连接到所述外壳并且可依靠所述挠曲件或每个挠曲件相对于所述外壳移动，所述电路连接到所述可移动反射镜和所述电极并且可操作以在它们之间施加电场以使所述可移动反射镜移动。
所需的设置构建起来远比梳状驱动器简单。因此，干涉仪的制造更容易且更便宜。
干涉仪可包括固定反射镜，固定反射镜和可移动反射镜被定位成形成光腔，并且可移动反射镜可相对于固定反射镜移动。反射镜可以是平行的。
根据期望和/或视情况，本发明的第五方面可包括第一方面的任选特征中的任何特征。
根据本发明的第六方面，提供一种傅里叶变换光谱仪，其包括第五方面的干涉仪。
根据本发明的第七方面，提供一种傅里叶变换光谱方法，其包括以下步骤：将干涉仪的可移动反射镜从其中在干涉仪内反射的光的至少两条路径具有相等长度的位置移动或移动通过所述位置，并且在干涉仪的检测器处检测光以获得样品的干涉图；以及对干涉图的除零阶干涉以外的某一阶干涉应用傅里叶变换以获得光谱。
通过对除零阶干涉以外的某一阶干涉应用傅里叶变换，不能提供零阶干涉的干涉图但能提供高阶干涉的干涉图的类型的干涉仪可用于所述方法。此类干涉仪不需要旋转90度的光束，因此建立小型化光谱仪更容易且更便宜。
傅里叶变换光谱方法可对一阶干涉应用傅里叶变换。
傅里叶变换光谱方法可使用第一方面的傅里叶变换光谱仪来执行所述步骤。
傅里叶变换光谱方法可以是红外傅里叶变换光谱方法。光谱可涵盖1-2.6μm的波长范围。
具体实施方式
为了可更清楚地理解本发明，现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的一个或多个实施方案，在附图中：
图1是二氯甲烷的吸收光谱；
图2是光栅设置；
图3是法布里-珀罗干涉仪；
图4是迈克尔逊干涉仪；
图5是红外傅里叶变换光谱仪的干涉仪；
图6是来自红外傅里叶变换光谱仪的模拟干涉图；
图7是一阶边缘波峰(side burst)的干涉图；
图8是由红外傅里叶变换光谱仪捕获的白光的光谱；
图9是图5的干涉仪的第二可移动反射镜；
图10是红外傅里叶变换光谱仪的干涉仪，包括移动第二反射镜所必需的电极和电压源；
图11示出形成红外傅里叶变换光谱仪的第一反射镜的逐步过程；
图12示出形成红外傅里叶变换光谱仪的第二反射镜的逐步过程；
图13示出红外傅里叶变换光谱仪；并且
图14示出由红外傅里叶变换光谱仪和现有技术光谱仪针对丙烯酸酯获得的光谱；并且
图15是针对各种脂肪含量的牛奶获得的光谱。
如图5中所示，红外傅里叶变换光谱仪的干涉仪10包括两个反射镜11、12。反射镜11、12彼此平行并面向彼此以形成空腔13，第一反射镜11(固定反射镜)定位在第二反射镜12(可移动反射镜)上方。第二反射镜12可相对于第一反射镜11朝向和远离它移动，以改变空腔的大小和反射镜11、12之间的距离。反射镜11、12保持在由两个壁30形成的外壳中，第一反射镜11固有地与壁30一起形成，并且第二反射镜12连接到壁30，使得第二反射镜可相对于壁移动。
已经入射到感兴趣的样品上的光14透射穿过第一反射镜11的背面。然后有穿过反射镜11、12和光腔13的多个路径。光的第一路径15是笔直地穿过第二反射镜12透射离开空腔13，并且光14的大部分采取第一路径15。然而，光14的一部分采取在第一反射镜11和第二反射镜12内并且穿过它们并且穿过空腔13的其他路径。例如，如图5中所示，光的第二路径16在形成空腔的反射镜11、12的正面之间来回反射，然后从第二反射镜12的背面透射出去并离开空腔13。光14的另一路径31是在第二反射镜12内从背面和正面反射，然后从第二反射镜12的背面离开。另一实例将是其中光在第一反射镜11内从正面和背面反射、然后进入空腔13并且直直地透射穿过第二反射镜12的路径。
第二反射镜12的位置可调整，使得路径31(以及其中光在干涉仪内反射的其他路径)可具有与第二路径16和/或在干涉仪内反射的光的其他路径相同的长度，从而产生干涉。这种干涉是比0阶干涉更高阶的干涉，并且在干涉图上称为“边缘波峰”。如图6中所示，边缘波峰17、18的信号强度不如第一路径15和第二路径16上的光之间的0阶干涉19。然而，一阶边缘波峰17是大到足以转换成光谱的信号，并且由于它在反射镜彼此相距一定距离时出现，因此可获得得到光谱所必需的边缘波峰的完整测量。相反，0阶干涉在间隙距离为零时发生，这是无法测量的。
在使用中，第二反射镜12的位置将会被移动通过第二路径16和第三路径31具有相等长度时的间隙距离(或通过其中除第一路径15以外的其他两条路径具有相等长度的间隙距离)，对于本文描述的所示设置，间隙距离为约35μm。检测器101(在图13中示出)在第二反射镜12移动时进行测量，以便捕获一阶边缘波峰17，如图7中所示。
第二反射镜12的位移使用非接触式距离传感器诸如激光干涉仪、电容传感器或类似物来测量。
然后傅里叶变换红外光谱仪100的分析单元102(也在图13中示出)可对捕获的干涉图执行傅里叶变换，从而产生吸收光谱。图8示出在不存在样品的情况下所产生的白光的构建光谱。
第一反射镜11和第二反射镜12由硅组成。图9示出在设置中使用的第二反射镜12。反射镜12是圆形的并且部分地从硅片材20上切割下来。反射镜12通过从反射镜12螺旋延伸到片材20的其余部分的硅条21与片材20的其余部分保持连接。片材20的其余部分因此形成干涉仪10的壁30的部分。存在四个挠曲件21，它们各自围绕反射镜12的整个圆周螺旋延伸，使得相对于圆周，挠曲件21围绕圆周连接到反射镜12的位置与挠曲件21连接到片材20的其余部分的位置是相同的。存在四个挠曲件21，它们围绕圆周规则地定位。
挠曲件21允许第二反射镜12相对于片材20的其余部分上下移动(即，垂直于片材20的平面移动)。这允许反射镜相对于第一反射镜11移动，并且因此改变间隙距离和空腔13的大小。
如图10中所示，电极被定位成与第二反射镜12的背面相距一定距离，使得第一反射镜11和第二反射镜12与电极22处于三个平行平面中，第二反射镜12位于第一反射镜11与电极22之间。第二反射镜12和电极22连接成使得可在它们之间施加电压，从而形成电场。第二反射镜12是通过螺旋延伸的挠曲件21保持在适当位置的圆形反射镜意味着电场的存在将使第二反射镜12背离第一反射镜11并朝向电极22移位，移位的距离取决于电场的强度。第二反射镜12可移位数十μm。在使用中，通过电极施加电场并且控制和改变其强度以将第二反射镜12移动通过一阶边缘波峰。
电极22是石英基底石墨烯，使得它是透明的，并且因此对在第一反射镜11和第二反射镜12之间形成的光腔13的影响极小。
如图11中所示，第一反射镜11由包括两个硅层24、25的块23形成。第一层24为约500μm并且第二层25为约30-50μm。第一层24与第二层25之间夹有薄绝缘体层26。两个薄氮化硅层27夹着第一层24和第二层25与绝缘体层26。
为了形成第一反射镜11，如图11中所示，使用光刻切除第二硅层25和覆盖它的氮化硅层27的部分(对于氮化硅层27，使用反应离子蚀刻，并且对于蚀刻硅25，使用氢氧化钾)以暴露绝缘体层26。第二层26和覆盖的氮化硅层27被蚀刻成使得切口部分具有正方形横截面并且向下倾斜到硅24。
所产生的帽状物28形成第一反射镜11、空腔13、以及壁30的部分，第一硅层24的中间是第一反射镜11，切口部分形成空腔13，并且块23的其余部分形成壁30的部分。
如图12中所示，第二反射镜12由包括两个硅层33、34的块32形成。第一层33为约10μm并且第二层34为约几百微米，例如约500μm。第一层33与第二层34之间夹有薄绝缘体层35。两个薄氮化硅层36夹着第一层33和第二层34与绝缘体层35。
对于第二反射镜12，如图12中所示，与针对第一反射镜11一样形成帽状物28。这一旦完成，便使用光刻，特别是深反应离子蚀刻，以向第一层33中切出螺旋延伸的挠曲件(图12中未显示)。当这样做时，还将第一层33顶部的氮化硅层36从螺旋延伸的挠曲件21顶部移除。
下一步是使用气相氢氟酸移除反射镜12上的绝缘体35和螺旋延伸的挠曲件21。为了完成所述过程，其余的氮化硅层36从第一层33顶部以形成微机电系统(MEMS)29。MEMS 29的除第二反射镜12和螺旋延伸的挠曲件21以外的部分与帽状物28的部分一起形成干涉仪的壁30。
为了形成干涉仪10，将MEMS 29放置在电极22顶部，使得MEMS 29的切口部分位于第二反射镜12与电极22之间。然后将帽状物28放置在MEMS 29顶部，使得MEMS 29位于帽状物28与电极22之间，MEMS 29的切口部分位于第二反射镜12与电极22之间。然后将所有三者固定在适当位置，并且将检测器定位在电极22和第二反射镜12的后面。可将光源内置到系统中的前反射镜11后面。替代地，可将系统设置为使用外部光源。
红外傅里叶变换光谱仪10具有约1-2.6μm的宽光谱范围和低至约10nm的光谱分辨率，而干涉仪在大小上仅为数十立方毫米(具有约4×4×1.5mm的尺寸，并且因此具有24mm3的体积)。因此，可将红外傅里叶变换光谱仪10集成到移动电子设备诸如手机和平板电脑中，从而向所述移动电子设备提供光谱仪的功能。
如图14中所示，通过将通过红外傅里叶变换光谱仪100获得的丙烯酸酯的光谱与通过现有技术光谱仪获得的相同材料的光谱进行并排比较，所获得的光谱可与传统光谱仪相比并且可用于识别具有已知光谱的物质。
如图15中所示，红外傅里叶变换光谱仪100精确到足以区分具有相似光谱的物质—在附图中所示的情况下，具有不同脂肪含量的牛奶。
上文仅以举例的方式描述了一个或多个实施方案。在不脱离所附权利要求所提供的保护范围的情况下，许多变型是可能的。

Claims (15)

1.一种傅里叶变换光谱仪，其包括：干涉仪，所述干涉仪包括固定反射镜、可移动反射镜、电路、电极以及检测器，其中：所述反射镜彼此平行定位并且形成光腔；所述可移动反射镜能够操作以相对于所述固定反射镜移动以改变所述光腔的长度；所述反射镜中的第一反射镜被定位成使得所接收的光穿过所述第一反射镜的背面进入所述光腔；所述检测器被定位并且能够操作以检测已经穿过所述反射镜中的第二反射镜的背面离开所述光腔的光并且输出干涉图；所述反射镜彼此相距一定距离，使得所述可移动反射镜处于或能够移动到其中在所述干涉仪内反射的所接收的光去往所述检测器的至少两条光路具有相等长度的位置；所述可移动反射镜和所述电极被定位成彼此相距一定距离，并且所述电路连接到所述可移动反射镜和所述电极并且能够操作以在它们之间施加电场以使所述可移动反射镜相对于所述固定反射镜移动；并且所述电极被定位成使得所述可移动反射镜位于所述固定反射镜与所述电极之间。
2.根据权利要求1所述的傅里叶变换光谱仪，其中所述反射镜包含硅。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的傅里叶变换光谱仪，其中所述干涉仪包括外壳。
4.根据权利要求3所述的傅里叶变换光谱仪，其中所述干涉仪包括一个或多个弹性元件，所述一个或多个弹性元件将所述可移动反射镜连接到所述外壳，所述可移动反射镜能够在所述弹性元件或每个弹性元件上移动。
5.根据权利要求4所述的傅里叶变换光谱仪，其中所述弹性元件或每个弹性元件是挠曲件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的傅里叶变换光谱仪，其中所述电极包含石墨烯。
7.根据权利要求6所述的傅里叶变换光谱仪，其中所述电极包含石英基底石墨烯。
8.根据前述权利要求中任一项所述的傅里叶变换光谱仪，其中所述反射镜彼此相距一定距离，使得所述可移动反射镜处于或能够移动到其中所述光腔在20-45μm之间的位置。
9.根据权利要求8所述的傅里叶变换光谱仪，其中所述反射镜彼此相距一定距离，使得所述可移动反射镜处于或能够移动到其中所述光腔在25-40μm之间的位置。
10.根据权利要求9所述的傅里叶变换光谱仪，其中所述反射镜彼此相距一定距离，使得所述可移动反射镜处于或能够移动到其中所述光腔在30-35μm之间的位置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的傅里叶变换光谱仪，其包括：分析单元，所述分析单元能够操作以接收所述干涉图并对其执行傅里叶变换以获得所述样品的光谱。
12.根据权利要求11所述的傅里叶变换光谱仪，其中所述分析单元能够操作以对除零阶干涉以外的某一阶干涉执行所述傅里叶变换。
13.根据权利要求12所述的傅里叶变换光谱仪，其中所述分析单元能够操作以对一阶干涉执行所述傅里叶变换。
14.一种傅里叶变换光谱方法，其包括以下步骤：提供根据权利要求1至13中任一项所述的傅里叶变换光谱仪；将所述干涉仪的所述可移动反射镜从其中在所述干涉仪内反射的光的至少两条路径具有相等长度的位置移动或移动通过所述位置，并且在所述干涉仪的所述检测器处检测光以获得样品的干涉图；以及对所述干涉图的除零阶干涉以外的某一阶干涉应用傅里叶变换以获得光谱。
15.根据权利要求14所述的傅里叶变换光谱方法，其包括：对一阶干涉应用所述傅里叶变换。
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