微型轉(zhuǎn)動(dòng)掃描傅里葉變換光譜儀的制作方法
【專利摘要】這是一種轉(zhuǎn)動(dòng)掃描式傅里葉變換光譜儀，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置位于光路的一臂，光程補(bǔ)償裝置位于光路的另一臂，不需為轉(zhuǎn)動(dòng)裝置提供額外的空間開(kāi)銷，可以使光譜儀體積縮小到半個(gè)手掌的大小。此外，光譜儀通過(guò)旋轉(zhuǎn)角的改變可以實(shí)現(xiàn)很細(xì)微的光程差改變，通過(guò)最大旋轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置折射率等參數(shù)的設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)光程差從納米量級(jí)至毫米或厘米量級(jí)的改變。這種光譜儀最大特點(diǎn)為體積小，重量輕，掃描范圍廣，實(shí)用性高，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量的便攜式光譜儀。
【專利說(shuō)明】微型轉(zhuǎn)動(dòng)掃描傅里葉變換光譜儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明為一種傅里葉變換光譜儀，以轉(zhuǎn)動(dòng)掃描方式實(shí)現(xiàn)光程差改變，屬于光譜分 析儀器，主要涉及光譜儀器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 傅里葉變換光譜儀是光譜分析的有力工具，目前已有一些通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)光 程差改變的技術(shù)，如專利CN2108288中提到的一種方法，其光路圖如圖1。這種方法是將轉(zhuǎn) 動(dòng)裝置至于兩個(gè)光路分支的交匯處，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)使兩個(gè)光路分支的光程均發(fā)生改 變，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光程差范圍較大，適用于各種光譜區(qū)工作。但由于其轉(zhuǎn)動(dòng)裝置位于 兩光路分支交匯處，需要額外占用空間，且所用光學(xué)器件較多，可能存在某些潛在的不穩(wěn)定 因素。本發(fā)明將旋轉(zhuǎn)裝置至于一個(gè)光路分支中，在另一光路分支中用補(bǔ)償裝置補(bǔ)償光路，可 以大大縮小光譜儀體積，使本儀器的體積為上述光譜儀體積的一半。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的主要光路圖如圖2所示。其中元件1為光闌，主要作用是控制輸入光束 的大小，可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)設(shè)置。元件2為透鏡，主要作用為將光束變?yōu)槠叫泄?。元? 為分束器，其可將入射光束一分為二。兀件4轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，光學(xué)部分為方形光學(xué)材料，如若進(jìn) 行紅外波段測(cè)量，則它的材料可選為硒化鋅。它由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生光程差。元 件5和7為平面反射鏡，如果入射光束與分束器成45度角，平面反射鏡也成45度角，那么 入射到反射鏡上的光束將原路返回。元件6為光程補(bǔ)償裝置，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)角為零時(shí)， 上支路的光垂直通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置仍然會(huì)產(chǎn)生光程差，所以在下支路與光束垂直的方向放置補(bǔ) 償裝置來(lái)抵消旋轉(zhuǎn)角為零時(shí)的光程差。元件8為會(huì)聚鏡，可將光束會(huì)聚到一點(diǎn)。元件9為 光學(xué)探測(cè)器，接收光學(xué)信息。比較圖1和圖2可發(fā)現(xiàn)本儀器的體積僅為圖1所示儀器體積 的一半。
[0004] 下面計(jì)算光程差隨旋轉(zhuǎn)角的改變：
[0005] 當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為0度時(shí)，各參數(shù)設(shè)置如圖3所示。下支路的光程差可以直接求出，且在 轉(zhuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中下支路光程差不變。所以光程差計(jì)算的主要工作集中在上支路。以〇 為原點(diǎn)沿水平和堅(jiān)直方向建立坐標(biāo)系，用解析幾何的方法計(jì)算各段光路的光程。
[0006] 當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為0時(shí)，如圖4所示。設(shè)旋轉(zhuǎn)體兩邊所在直線為1:和I2，可以寫出其方 程：

【權(quán)利要求】
1. 一種微型轉(zhuǎn)動(dòng)掃描傅里葉變換光譜儀，主要由光闌、準(zhǔn)直鏡、分束器、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、平面 反射鏡、光程補(bǔ)償裝置、會(huì)聚鏡和光學(xué)探測(cè)器組成，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置[4]的旋轉(zhuǎn)角改變來(lái)產(chǎn)生 光程差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的傅里葉變換光譜儀，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置位于光路的一個(gè)分支中，由 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)角的微小改變可以產(chǎn)生很精細(xì)的光程差改變，且轉(zhuǎn)動(dòng)角度與光程差接 近線性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的傅里葉變換光譜儀，光程補(bǔ)償裝置[6]位于光路的另一個(gè) 分支中，它的作用為補(bǔ)償轉(zhuǎn)動(dòng)裝置在旋轉(zhuǎn)角度為零時(shí)所產(chǎn)生的光程差，補(bǔ)償裝置的光學(xué)材 料與轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的光學(xué)材料相同，位置固定，不需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的傅里葉變換光譜儀，其光程差可以實(shí)現(xiàn)由納米量級(jí)至毫米 或厘米量級(jí)的改變，如對(duì)于紅外波段，在最大旋轉(zhuǎn)角時(shí)光程差可以達(dá)到毫米量級(jí)，每〇. 1度 旋轉(zhuǎn)角度的改變引起的光程差改變?yōu)槲⒚琢考?jí)。
【文檔編號(hào)】G01J3/02GK104515596SQ201310444659
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】徐曉軒, 李昊宇, 王斌 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)