DE69627419T2 - Fourier Spektrometer mit dichroitischen Michelson-Spiegeln für zwei Wellenlängenbänder - Google Patents

Fourier Spektrometer mit dichroitischen Michelson-Spiegeln für zwei Wellenlängenbänder Download PDF

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/45Interferometric spectrometry
    • G01J3/453Interferometric spectrometry by correlation of the amplitudes
    • G01J3/4535Devices with moving mirror

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Interferometer und Fourier-Transformationsspektrometer und, insbesondere, ein Verfahren zur Erzeugung von zwei Spektralbändern in einem herkömmlichen Fourier-Transformationsspektrometer.
  • HINTERGRUNDTECHNIK
  • Die vertikalen Temperatur- und Feuchtigkeitsprofile der Atmosphäre können durch ein Rauminstrument bestimmt werden, welches eine atmosphärische Sonde enthält, die nach abwärts blickt und die spektrale Strahlung mißt, welche aus der Atmosphäre eintrifft. Eine atmosphärische Sonde, beispielsweise die thermische Interferometersonde (Interferometer Thermal Sounder)(ITS), welche während einer Studie entwickelt wurde, die von European Meteorological Satellite Consortium (EUMETSAT) gefördert wurde, verwendet ein Michelson-Fourier-Transformationsspektrometer, um die spektrale Strahlung zu messen. (EUMETSAT ist ein Konsortium von 16 Ländern, welches die europäischen Wettersatelliten betreibt und ähnlich der National Oceanic and Atmospheric Administration or NOAA in den Vereinigten Staaten ist).
  • Ein herkömmliches Michelson-Fourier-Transformationsspektrometer (FTS) verwendet zwei Spiegel, nämlich einen feststehenden und einen beweglichen Spiegel. Das FTS enthält einen Strahlaufspalter, einen ersten ebenen Spiegel, der sich in fester Position befindet, und einen zweiten ebenen Spiegel, der in einer Richtung normal zu der ebenen Oberfläche bewegt werden kann. Der Strahlaufspalter teilt das eintreffende Licht in zwei Strahlen auf, nämlich einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl. Der erste Strahl wird von dem ersten Spiegel weg reflektiert, und der zweite Strahl wird von dem zweiten Spiegel weg reflektiert. Der erste Strahl und der zweite Strahl erfahren nach der Reflexion an dem Strahlaufspalter eine Rekombination und eine gegenseitige Überlage rung. Der erste Strahl, welcher durch den Strahlaufspalter übertragen wird, und der zweite Strahl, welcher von dem Strahlaufspalter reflektiert wird, werden miteinander rekombiniert, um einen dritten Strahl zu bilden. Der dritte Strahl wird verarbeitet, während der zweite ebene Spiegel bewegt wird, um eine spektrale Information über das eintreffende Licht zu erhalten.
  • Zur Erzeugung von zwei Spektralbändern in einem herkömmlichen FTS (Fourier-Transformationsspektrometer), wäre es notwendig, entweder (1) mehrfache Interferometer vorzusehen, oder (2) die Apertur eines einzigen Interferometers anteilig zu benutzen, oder (3) eine Strahlaufspaltung des Ausgangs eines einzigen Interferometers vorzunehmen. Bei der ersten Möglichkeit, welche das Vorsehen mehrerer Interferometer beinhaltet, sind die Größe und das Gewicht von zwei vollständigen Systemen nachteilig, insbesondere für Anwendungen im Satelliten. In der zweiten Möglichkeit, welche die anteilsmäßige Benutzung der Apertur eines einzigen Interferometers vorsieht, geht wegen der verminderten strahlungseinfangenden Fläche der Wirkungsgrad verloren. In der dritten Möglichkeit, bei der der Ausgangsstrahl eines einzigen Interferometers aufgespalten wird, vermindert sich das Signal-/Rauschverhältnis, da die Verweilzeit (weiter unten noch zu diskutieren) des einzigen Interferometers für die beiden Bänder nicht optimal ist.
  • Es besteht daher Bedarf an Mitteln, welche an Spektralbänder angepaßt sind, wobei jedes eine unterschiedliche spektrale Auflösung hat, unter Verwendung einer einzigen FTS-Anordnung, so daß die Verweilzeit und damit das Signal-/Rauschverhältnis für beide Bänder optimal ist.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung von zwei Spektralbändern in einem Interferometer geschaffen, wobei die beiden Spektralbänder Strahlung eines ersten Spektralbandes und Strahlung eines zweiten Spektralbandes enthalten und das Interferometer einen Strahlaufspalter, einen Referenzspiegel und eine reflektierende Oberfläche umfassen, und der genannte Strahlaufspalter eintreffendes Licht in einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl aufteilt, von denen der erste Strahl, der von dem Referenzspiegel reflektiert wird, und der zweite Strahl, der von der reflektierenden Oberfläche reflektiert wird, sich am Strahlaufspalter rekombinieren und in Wechselwirkung treten, um einen dritten Strahl zu bilden, wobei das Verfahren durch den Schritt des Einfügens eines ersten dichroischen Spiegels zwischen dem Strahlaufspalter und dem Referenzspiegel, und eines zweiten, beweglichen dichroischen Spiegels zwischen dem Strahlaufspalter und die reflektierende Oberfläche gekennzeichnet ist, wobei der erste und der zweite dichroische Spiegel Strahlung des ersten Spektralbandes durchlassen und Strahlung des zweiten Spektralbandes reflektieren.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird weiter ein Fourier-Transformationsspektrometer zusammen mit einem zugehörigen Verfahren gemäß den anliegenden Ansprüchen 2 und 7 geschaffen.
  • Durch Bewegung des zweiten ebenen Spiegels des zweitem dichroischen Spiegels in unterschiedlichem Maße zur Änderung des optischen Wegunterschiedes zwischen dem zweiten ebenen Spiegel und dem Strahlaufspalter und des optischen Wegunterschiedes zwischen dem zweiten dichroischen Spiegel und dem Strahlaufspalter können die beiden Spektralbänder mit unterschiedlicher spektraler Auflösung verarbeitet werden. Da der zweite ebene Spiegel und der zweite dichroische Spiegel über den geeigneten Abstand hinweg in derselben Zeitdauer bewegt werden können, wird die Verweilzeit und damit das Signal-/Rauschverhältnis für beide Bänder optimiert.
  • Zwei gesonderte optische Systeme und zwei gesonderte Detektoren können verwendet werden, um die Strahlung mit der großen Wellenlänge und die Strahlung mit der kurzen Wellenlänge zu detektieren, welche durch den dichroischen Strahlaufspalter voneinander getrennt werden. Weiter werden, da der zweite ebene Spiegel und der zweite dichroische Spiegel sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, unterschiedliche elektrische Frequenzen in dem Interferogramm erzeugt, welche leicht voneinander getrennt werden können. Dies gestattet es, das außerhalb der Frequenzbänder gelegene Interferogramm-Restsignal zu eliminieren.
  • Die durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagene Lösung ist Lösungen nach dem Stande der Technik zur Erzeugung zweier Spektralbänder in einem herkömmlichen Fourier-Transfonnationsspektrometer aus folgenden Gründen überlegen:
    • 1. Es wird ein einziges Interferometer verwendet, welches die volle verfügbare Apertur aufweist;
    • 2. Da zwei sich bewegende Spiegel (nämlich der zweite ebene Spiegel und der zweite dichroische Spiegel) über einen Abstand bewegt werden, der den beiden gewünschten Auflösungen entspricht, wobei die Bewegung über dieselbe Zeitspanne erfolgt, wird die Verweilzeit für beide Bänder optimiert; und
    • 3. Optische Verluste, welche mit den dichroischen Spiegeln und dem dichroischen Strahlaufspalter verbunden sind, sind weit geringer als diejenigen Verluste, die mit einer anteilsmäßig benutzten Apertur verbunden sind.
  • Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Merkmale in den Figuren bezeichnen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die einzige Zeichnungsfigur ist eine schematische Darstellung eines Zweiband-Fourier-Transformationsspektrometers.
  • BESTE ARTEN DER AUSFÜHRUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Es sein nun im einzelnen auf eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, welche die beste gegenwärtig von den Erfindern in Betracht gezogene Möglichkeit der Ausführungen der Erfindung illustriert.
  • Grundlage der vorliegenden Erfindung ist ein herkömmliches Michelson-Fourier-Transformationsspektrometer mit ebenen Spiegeln. Ein Michelson-Fourier-Transformationsspektrometer basiert auf dem Michelson-Interferometer.
  • Es sein nun auf die einzige Zeichnungsfigur Bezug genommen. Eine Interferometeranordnung 10 eines Michelson-Interferometers enthält einen Strahlaufspalter 12 (, welcher das eintreffende Licht 14 in zwei Strahlen aufteilt, nämlich einen ersten Strahl 16 und einen zweiten Strahl 18), einen Bezugsspiegel 20 und eine reflektierende Oberfläche 22. Der erste Strahl 16 und der zweite Strahl 18 rekombinieren sich und treten in Wechselwirkung miteinander an dem Strahlaufspalter 12 nach Reflexion an dem Bezugsspiegel 20 bzw. an der reflektierenden Oberfläche 22. Der erste Strahl 16, welcher durch den Strahlaufspalter 12 durchgelassen wird, und der zweite Strahl 18, welcher von dem Strahlaufspalter reflektiert wird, setzen sich zu einem dritten Strahl 24 zusammen.
  • (Interferometer, welche nicht Spektrometer sind, fallen in eine Instrumentenklasse von Meßgeräten, beispielsweise Interferometermeßgeräte und -instrumente, welche die Flachheit oder die Genauigkeit einer Wellenfront messen. Es mag eine gewisse Zweckmäßigkeit bei interferormetrischen Meßgeräten und Instrumenten vorhanden sein, welche zwei Messungen gleichzeitig durch gleichzeitigen Betrieb bei zwei Wellenlängen durchführen).
  • In dem Michelson-Fourier-Transformationsspektrometer sind der Bezugsspiegel 20 und die reflektierende Oberfläche 22 durch zwei Spiegel ersetzt, von denen einer feststeht und der andere beweglich ist. In der speziellen Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ersetzt der erste ebene Spiegel 20 den Bezugsspiegel und der zweite ebene Spiegel 22 ersetzt die reflektierende Oberfläche. Der erste ebene Spiegel 20 befindet sich in fester Position und der zweite ebene Spiegel 22 kann in einer Richtung normal zu seiner ebene Oberfläche bewegt werden.
  • Was an der vorliegenden Erfindung neu ist, ist die Hinzufügung eines dichroischen Spiegels zwischen jedem der beiden ebenen Spiegel (zwischen dem ersten Spiegel 20 bzw. dem zweiten Spiegel 22) und dem Strahlaufspalter 12, sowie die Art und Weise, in welcher die beiden ebenen Spiegel bewegt werden.
  • Es sei wieder die einzige Zeichnungsfigur betrachtet, in der schematisch das Zweiband-Fourier-Transformationsspektrometer nach der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Parallel gerichtetes eintreffendes Licht 14 tritt in die Interferometeranordnung 10 (oder das Interferometer) von links ein und trifft auf den Strahlaufspalter 12. Der Strahlaufspalter 12 teilt das eintreffende Licht 14 in zwei Strahlen auf, nämlich den ersten Strahl 16, welcher von dem Strahlaufspalter weg reflektiert wird, und den zweiten Strahl 18, welcher durchgelassen wird. Der erste Strahl 16 breitet sich zu einem ersten dichroischen Spiegel 26 aus, der sich in fester Position befindet. Die kurzwellige Strahlung wird von dem ersten dichroischen Spiegel 26 reflektiert. Die langwellige Strahlung, welche in dem Strahl 28 mitgeführt wird, gelangt durch den ersten dichroischen Spiegel 26 hindurch und verläuft zu dem ersten ebenen Spiegel 20 hin, der sich auch in fester Position befindet. Die langwellige Strahlung, die von dem Strahl 28 mitgeführt wird, wird von dem ersten ebenen Spiegel 20 reflektiert und verläuft wieder durch den ersten dichroischen Spiegel 26. Die Komponente mit der langwelligen Strahlung und die Komponente mit der kurzwelligen Strahlung läuft dann wieder zurück zu dem Strahlaufspalter 12.
  • Ein ähnlicher Prozeß findet mit dem zweiten Strahl 18 statt. Der zweite Strahl 18 breitet sich zu einem zweiten dichroischen Spiegel 30 hin aus, welcher in einer Richtung normal zu der ebenen Oberfläche bewegt werden kann. Die kurzwellige Strahlung wird von dem zweiten dichroischen Spiegel 30 reflektiert. Die langwellige Strahlung, welche von dem Strahl 32 mitgeführt wird, gelangt durch den dichroischen Spiegel 30 hindurch und läuft zu dem zweiten ebenen Spiegel 22 hin, der auch in einer Richtung normal zu der ebenen Oberfläche bewegt werden kann. Die langwellige Strahlung, welche von dem Strahl 32 mitgeführt wird, wird von dem zweiten ebenen Spiegel 22 reflektiert und läuft wieder durch den zweiten dichroischen Spiegel 30. Die langwellige und die kurzwellige Strahlungskomponente laufen dann zurück zu dem Strahlaufspalter 12. Die Vorgänge, die sich mit dem ersten Strahl 16 und dem zweiten Strahl 18 abspielen, sind identisch, mit der Ausnahme jedoch, daß der zweite dichroische Spiegel 30 und der zweite ebene Spiegel 22 unabhängig in einer Richtung normal zu ihren ebenen Oberflächen bewegt werden können.
  • Nach Reflexion von dem zweiten dichroischen Spiegel 30 und dem zweiten ebenen Spiegel 22 tritt die Strahlung von dem zweiten Strahl 18 mit der Strahlung, die von dem ersten Strahl 16 eintrifft, an dem Strahlaufspalter 12 in Wechselwirkung. Die Wechselwirkung findet längs der Oberfläche des Strahlaufspalterbelages 34 statt, welcher zwischen zwei Schichten gleicher Dicke aus optischem Material eingelagert ist, so daß der optische Weg in jedem Armabschnitt des Interferometers 10 identisch ist. Das Einlagern des Strahlaufspalterbelages 34 zwischen Schichten von Strahlaufspaltermaterial gleicher Dicke ist besonders wichtig, wenn das Strahlaufspaltermaterial über das Wellenlängenband von Interesse Dispersionseigenschaften hat. Die resultierende Strahlung, welche sowohl den ersten Strahl 16, welcher durch den Strahlaufspalter 12 durchgelassen wurde, als auch den zweiten Strahl 18 enthält, der von dem Strahlaufspalter 12 reflektiert wurde, bildet einen dritten Strahl 24. Der dritte Strahl 24 wandert zu einem große Wellenlängen durchlassenden dichroischen Strahlaufspalter 36, welcher die beiden Spektralbänder voneinander trennt. Besondere optische Systeme, nämlich ein optisches System 38 für das langwellige Band, und ein optisches System 40 für das kurzwellige Band, fokussieren dann die Strahlung entsprechend dem langwelligen Band und entsprechend dem kurzwelligen Band auf zwei gesonderte Detektoren, nämlich einen Detektor 42, der für das langwellige Band optimiert ist, und einen Detektor 44, der für das kurzwellige Band optimiert ist.
  • Wenn der zweite dichroische Spiegel 20 bewegt wird, dann ändert sich der optische Wegunterschied zwischen dem zweiten dichroischen Spiegel und dem Strahlaufspalter 12 gegenüber dem optischen Wegunterschied zwischen dem ersten dichroischen Spiegel 26 und dem Strahlaufspalter. Wenn die Wegunterschiede gleich sind, d. h. Wegunterschied Null, dann tritt die maximale konstruktive Interferenz auf und die kurzwellige Strahlung, welche in das Interferometer 10 eintritt, addiert sich phasenrichtig, wodurch ein Maximalsignal erzeugt wird.
  • Wenn der zweite ebene Spiegel 22 bewegt wird, dann ändert sich der optische Wegunterschied zwischen dem zweiten ebenen Spiegel und dem Strahlaufspalter 12 gegenüber dem optischen Wegunterschied zwischen dem ersten ebenen Spiegel 20 und dem Strahlaufspalter. Wenn die optischen Wegunterschiede gleich sind (d. h. Wegunterschied Null), dann tritt auch hier wiederum die maximale konstruktive Interferenz auf und die langwellige Strahlung, welche in das Interferometer 10 eintritt, addiert sich phasengerecht und erzeugt dadurch ein Maximalsignal.
  • Wenn jeder bewegliche Spiegel, nämlich der zweite dichroische Spiegel 30 und der zweite ebene Spiegel 22, aus der jeweiligen Stellung entsprechend dem Wegunterschied Null (ZPD) wegbewegt wird, dann erzeugt die Interferenz einen charakteristischen Interferogramm-Detektorausgang. Dieses Detektorausgangssignal kann analysiert werden, um spektrale Information über das eintreffende Licht 14 zu gewinnen. Die spektrale Auflösung des Fourier-Transformations-Spektrometers ist umgekehrt proportional zu dem Abstand, welchen jeder bewegliche Spiegel, nämlich der zweite dichroische Spiegel 30 und der zweite ebene Spiegel 22 von der jeweiligen Stellung für den Wegunterschied Null (ZPD) wegbewegt ist.
  • Das neue an der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch Bewegen des zweiten dichroischen Spiegels 30 und des zweiten ebenen Spiegels 22 in unterschiedlichem Maße zwei Spektralbänder verarbeitet werden können, welche jeweils unterschiedliche spektrale Auflösungen aufweisen. Wenn der zweite dichroische Spiegel 30 und der zweite ebene Spiegel 22 über unterschiedliche Wege, jedoch über die identische Zeitspanne, bewegt werden, dann wird für beide Bänder die Verweilzeit optimiert. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung ist für Systemanwendungen wichtig, bei denen das Signal-/Rauschverhältnis kritisch ist, da die Verweilzeit dem Intervall entspricht, über welches hin jede Probe des Detektorausgangs einer Mittelwertbildung unterzogen werden kann. Während der Verweilzeit werden im wesentlichen die Frequenzkomponenten, welche jedes Spektralelement im Spektrum repräsentieren, addiert. Die Frequenzkomponenten werden während des inversen Fourier-Transformationsprozesses addiert.
  • In einem herkömmlichen Fourier-Transformationsspektrometer mit zwei Spektralbändern wäre es notwendig, das Aufnehmen von Daten an dem Band niedriger spektraler Auflösung zu beenden, wenn die richtige Spiegelverschiebung erreicht worden ist. Das Beenden der Datenaufnahme an dem Band niedriger Auflösung verkürzt die verfügbare Verweilzeit, über welche hin eine Mittelwertbildung des Detektorausganges vorgenommen werden kann. Bei den besonderen meteorologischen Anwendungen, welche für die vorliegende Erfindung in Aussicht genommen sind, bedeutet die Optimierung der Verweilzeit für das untere Spektralband eine Verbesserung um den Faktor Zwei bezüglich des Signal-/Rauschverhältnisses.
  • Für die in Aussicht genommene Anwendung ist die spektrale Auflösung der beiden Spektralbänder um einen Faktor Vier unterschiedlich. Somit hat der Spiegel für die niedrige Auflösung (in der vorliegenden Anwendung der zweite dichroische Spiegel 30) eine um einen Faktor Vier kleinere Verschiebung und eine um einen Faktor Vier niedrigere Geschwindigkeit als der andere bewegliche Spiegel, d. h., der zweite ebene Spiegel 22.
  • Die beiden dichroischen Spiegel, nämlich der erste dichroische Spiegel 26 und der zweite dichroische Spiegel 30 haben eine hohe Reflexivität für kurzwellige Strahlung und eine hohe Durchlässigkeit für langwellige Strahlung jeweils im Bereich von 95%. Die 5% des außerhalb des Bandes gelegenen Restbeitrages könnte also ein beträchtliches Störsignal erzeugen. Das außerhalb des Bandes gelegene 5%ige Restsignal kann jedoch bei der vorliegenden Erfindung durch elektronische Filterung eliminiert werden. Die elektrischen Frequenzen, welche an den Detektoren 42 und 44 erzeugt werden, sind gleich dem Produkt aus der Spiegelgeschwindigkeit und den Strahlungsfrequenzen. Der Faktor von Vier bezüglich der Geschwindigkeit zwischen dem zweiten dichroischen Spiegel 30 und dem zweiten ebenen Spiegel 22 erzeugt elektrische Frequenzen, welche sich leicht ausfiltern lassen. Dies ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung.
  • Es kann auch wünschenswert sein, zwei Messungen zu machen, welche dieselbe Auflösung besitzen, jedoch bei unterschiedlichen Wellenlängen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen solchen Fall, in dem zwei Messungen bei unterschiedlichen Wellenlängen mit derselben Auflösung gemacht werden. In diesem Falle kann das 5%ige außerhalb des Bandes gelegene Restsignal ein Problem darstellen, da die Spiegel, nämlich der zweite dichroische Spiegel 30 und der zweite ebene Spiegel 32, über dieselbe Verweilzeit hin arbeiten. Wenn jedoch ein Grund besteht, mit derselben Auflösung zu arbeiten, dann können die Spiegel, nämlich der zweite dichroische Spiegel 30 und der zweite ebene Spiegel 23 über denselben Weg, jedoch über unterschiedliche Zeitdauern hin bewegt werden, um unterschiedliche Frequenzen zu erzeugen, welche leicht ausgefiltert werden könnten.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Das Fourier-Transformationsspektrometer zur Verarbeitung zweier Spektralbänder, wie es hier beschrieben wurde, findet voraussichtlich Verwendung beispielsweise in atmosphärischen Sonden in Satelliten. Die vorliegende Erfindung ersetzt eine vorausgehende Konstruktion einer thermischen Interferometersonde (IST), welche in einem einzigen Interferometer mit einer anteilsmäßig verwendeten Apertur eingesetzt wird, wobei keine dichroischen Strahlaufspalter verwendet wurden. Die hier gegebene Beschreibung bezieht sich auf eine typische Anwendung der vorliegenden Erfindung. Vielerlei andere Varianten können verwirklicht werden, ohne daß die Grundsätze der Erfindung verlassen werden.
  • Die oben stehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde zum Zwecke der erläuternden Darstellung gegeben. Es ist nicht beabsichtigt, hier eine erschöpfende Beschreibung zu liefern oder die Erfindung auf die dargestellte präzise Form zu beschränken. Das Verfahren zur Erzeugung von zwei Spektralbändern in einem hier beschriebenen Fourier-Transformationsspektrometer ist nicht auf Fourier-Transformationsspektrometer beschränkt, sondern kann in anderen Instrumenten Verwendung finden, welche auf dem Michelson-Interferometer basieren. Es mag eine gewisse Zweckmäßigkeit bei interferometrischen Meßgeräten und Instrumenten geben, welche die Flachheit oder die Wellenformgenauigkeit messen und zwei Messungen gleichzeitig durchführen, indem gleichzeitig bei zwei Wellenlängen gearbeitet wird. Offenbar sind für den Fachmann vielerlei Modifikationen und Variationen offensichtlich. Die gewählten und beschriebenen Ausführungsformen dienen einer bestmöglichen Erläuterung der Grundsätze der Erfindung und ihrer praktischen Anwendung, so daß Fachleute in die Lage versetzt werden, die Erfindung für vieerlei Ausführungsformen und mit vielerlei Modifikationen zu verstehen, welche für in Betracht kommende Anwendungen geeignet sind. Aus diesem Grunde ist davon auszugehen, daß der Umfang der Erfindung durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Erzeugung zweier Spektralbänder in einem Interferometer (10), wobei die beiden Spektralbänder Strahlung eines ersten Spektralbandes und Strahlung eines zweiten Spektralbandes enthalten und das Interferometer (10) einen Strahlaufspalter (12), einen Referenzspiegel (20) und eine reflektierende Oberfläche (22) umfassen, und der genannte Strahlaufspalter (12) eintreffendes Licht (14) in einen ersten Strahl (16) und einen zweiten Strahl (18) aufteilt, von denen der erste Strahl (16), der von dem Referenzspiegel (20) reflektiert wird, und der zweite Strahl (18), der von der reflektierenden Oberfläche (22) reflektiert wird, sich am Strahlaufspalter (12) rekombinieren und in Wechselwirkung treten, um einen dritten Strahl (24) zu bilden, wobei das Verfahren durch den Schritt des Einfügens eines ersten dichroischen Spiegels (26) zwischen den Strahlaufspalter (12) und den Referenzspiegel (20), und eines zweiten, beweglichen dichroischen Spiegels (30) zwischen den Strahlaufspalter (12) und die reflektierende Oberfläche (22) gekennzeichnet ist, wobei der erste und der zweite dichroische Spiegel (26, 30) Strahlung des ersten Spektralbandes durchlassen und Strahlung des zweiten Spektralbandes reflektieren.
  2. Fourier-Transformationspektrometer zur Verarbeitung zweier Spektralbänder, wobei das Fourier-Transformationspektrometer ein Interferometer (10) enthält, das mit zwei Spektralbändern beaufschlagt wird, welche Strahlung eines ersten Spektralbandes und Strahlung eines zweiten Spektralbandes enthalten, und wobei das Fourier-Transformantionspektrometer folgendes enthält: a) einen Strahlaufspalter (12), der das eintreffende Licht (14) in einen ersten Strahl (16) und einen zweiten Strahl (18) aufteilt; b) einen ersten Planspiegel (20), der in fester Position angeordnet ist und welcher den ersten Strahl (16) reflektiert; und c) einen zweiten Planspiegel (22), der in einer Richtung senkrecht zu der planen Oberfläche bewegbar ist, wobei der zweite Strahl (18) von dem zweiten Planspiegel (22) reflektiert wird; wobei der erste Strahl (16) und der zweite Strahl (18) sich am Strahlaufspalter (12) rekombinieren und in Wechselwirkung treten, um einen dritten Strahl (24) zu bilden; gekennzeichnet durch d) einen ersten dichroischen Spiegel (26), der in fester Position zwischen dem Strahlaufspalter (12) und dem ersten Planspiegel (20) angeordnet ist; und e) einen zweiten dichroischen Spiegel (30), der in einer Richtung normal zu der planen Oberfläche bewegbar ausgebildet ist, wobei der zweite dichroische Spiegel (30) zwischen dem Strahlaufspalter (12) und dem zweiten Planspiegel (22) angeordnet ist; wobei der erste und der zweite Planspiegel (20, 22) Strahlung des ersten Spektralbandes reflektieren, während der erste und der zweite dichroische Spiegel (26, 30) Strahlung des ersten Spektralbandes durchlassen und Strahlung des zweiten Spektralbandes reflektieren; und wobei der zweite Planspiegel (22) und der zweite dichroische Spiegel (30) so ausgebildet sind, daß sie um einen unterschiedlichen Betrag bewegt werden können, um den optischen Wegunterschied zwischen dem zweiten Planspiegel (22) und dem Strahlaufspalter (12), sowie den optischen Wegunterschied zwischen dem zweiten dichroischen Spiegel (30) und dem Strahlaufspalter (12) zu ändern, um hierdurch Strahlung des ersten Spektralbandes und Strahlung des zweiten Spektralbandes bei unterschiedlichen spektralen Auflösungen zu verarbeiten.
  3. Fourier-Transformationsspektrometer nach Anspruch 2, bei welchem der erste dichroische Spiegel (26) und der zweite dichroische Spiegel (30) langwellige Strahlung durchlassen und kurzwellige Strahlung reflektieren.
  4. Fourier-Transformationsspektrometer nach Anspruch 3, bei welchem der erste dichroische Spiegel (26) und der zweite dichroische Spiegel (30) eine hohe Reflexion für kurzwellige Strahlung im Bereich von 95% und eine hohe Durchlässigkeit für langwellige Strahlung im Bereich von 95% aufweisen.
  5. Fourier-Transformationsspektrometer nach Anspruch 2, welches weiter einen dichroischen Strahlaufspalter (36) enthält, welcher Strahlung des ersten Spektralbandes und Strahlung des zweiten Spektralbandes in dem dritten Strahl (24) trennt.
  6. Fourier-Transformationsspektrometer nach Anspruch 5, welches zwei gesonderte optische Systeme (38, 40) und zwei gesonderte Detektoren (42, 44) enthält, welche Strahlung des ersten Spektralbandes und Strahlung des zweiten Spektralbandes detektieren.
  7. Verfahren zur Bildung zweier Spektralbänder in einem Fourier-Transformationsspektrometer, welches ein Interferometer (10) enthält, welches durch zwei Spektralbänder beaufschlagt wird, wobei die beiden Spektralbänder Strahlung eines ersten Spektralbandes und Strahlung eines zweiten Spektralbandes enthalten, wobei das Fourier-Transformationsspektrometer folgendes aufweist: einen Strahlaufspalter (12), der eintreffendes Licht (14) in einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl (18) aufteilt; einen ersten Planspiegel (20), der in fester Position angeordnet ist und welcher den ersten Strahl (16) reflektiert; und einen zweiten Planspiegel (22), der in einer Richtung normal zu der planen Oberfläche bewegbar ausgebildet ist, wobei der zweite Strahl (18) von dem zweiten Planspiegel (22) reflektiert wird; wobei der erste Strahl (16) und der zweite Strahl (18) sich am Stahlaufspalter (12) rekombinieren und in Wechselwirkung treten, um einen dritten Strahl (24) zu bilden; wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: a) Einfügen eines ersten dichroischen Spiegels (26) in fester Position zwischen dem Strahlaufspalter (12) und dem ersten Planspiegel (20); und b) Einfügen eines zweiten dichroischen Spiegels (30), der in einer Richtung normal zu der planen Oberfläche bewegbar ausgebildet ist, zwischen dem Strahlaufspalter (12) und dem zweiten Planspiegel (22); wobei der erste und der zweite Planspiegel (20, 22) Strahlung des ersten Spektralbandes reflektieren, während der erste und der zweite dichroische Spiegel (26, 30) Strahlung des ersten Spektralbandes durchlassen und Strahlung des zweiten Spektralbandes reflektieren; und c) Bewegen des zweiten Spektralspiegels (22) und des zweiten dichroischen Spiegels (30) um unterschiedliche Beträge, um den optischen Wegunterschied zwischen dem zweiten Planspiegel (22) und dem Strahlaufspalter (12), und den optischen Wegunterschied zwischen dem zweiten dichroischen Spiegel (30) und dem Strahlaufspalter (12) zu verändern, um Strahlung des ersten Spektralbandes und Strahlung des zweiten Spektralbandes bei unterschiedlichen spektralen Auflösungen zu verarbeiten.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der zweite Planspiegel (22) und der zweite dichroische Spiegel (30) um unterschiedliche Beträge in dem selben Zeitabschnitt bewegt werden, um die Verweilzeit zu optimieren.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der zweite dichroische Spiegel (30) mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, welche um einen Faktor vier niedriger als diejenige ist, mit welcher der zweite Planspiegel (22) bewegt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der zweite Planspiegel (22) und der zweite dichroische Spiegel (30) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt werden, wodurch unterschiedliche elektrische Frequenzen an den beiden gesonderten Detektoren (42, 44) erzeugt werden, wobei die unterschiedlichen elektrischen Frequenzen leicht trennbar sind, um außerhalb des Bandes liegende Restsignale zu eleminieren.
DE69627419T 1995-05-25 1996-05-17 Fourier Spektrometer mit dichroitischen Michelson-Spiegeln für zwei Wellenlängenbänder Expired - Lifetime DE69627419T2 (de)

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US08/452,586 US5561521A (en) 1995-05-25 1995-05-25 Two-band Fourier transform spectrometer (FTS) with dichroic Michelson mirrors

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DE69627419D1 DE69627419D1 (de) 2003-05-22
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DE69627419T Expired - Lifetime DE69627419T2 (de) 1995-05-25 1996-05-17 Fourier Spektrometer mit dichroitischen Michelson-Spiegeln für zwei Wellenlängenbänder

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