一種便攜式傅里葉變換光譜儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種便攜式傅里葉變換光譜儀，其中，該光譜儀的分光系統(tǒng)包括：設置在入口處的第一分束膜BS1、設置在出口處的第二分束膜BS2，以及設置于第一分束膜BS1與第二分束膜BS2之間的平面反射鏡M1、平面反射鏡M2與動鏡；第一分束膜BS1的反射光線通過平面反射鏡M1反射至第二分束膜BS2，第一分束膜BS1的透射光線依次通過動鏡與平面反射鏡M2反射至第二分束膜BS2；或者，第一分束膜BS1的透射光線通過平面反射鏡M1反射至第二分束膜BS2，第一分束膜BS1的反射光線依次通過動鏡與平面反射鏡M2反射至第二分束膜BS2；其中，動鏡為兩個相對放置且互相平行的平面反射鏡M3與M4。本發(fā)明公開的光譜儀，具有高通量、多光譜通道、高光譜分辨率且易于攜帶的特點。
【專利說明】一種便攜式傅里葉變換光譜儀

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜成像【技術(shù)領域】，尤其涉及一種便攜式傅里葉變換光譜儀。

【背景技術(shù)】
[0002]光譜儀能夠獲得物質(zhì)的光譜曲線，是分析物質(zhì)組成成分和結(jié)構(gòu)的有效工具，在環(huán)境監(jiān)測、材料科學、生物醫(yī)學、化學分析和資源探測等領域得到了十分廣泛的應用。光譜儀按原理主要分為兩種:一類是以光柵或棱鏡為色散元件的色散型光譜儀，可以直接獲取目標的光譜信息；另一類是以邁氏、Sagnac (薩格納克)或Mach-Zehnder (馬赫-曾德爾)干涉儀為核心的干涉型(FTS)光譜儀，可直接獲取目標的干涉強度分布，需要經(jīng)過傅氏變換才能獲得目標光譜。
[0003]經(jīng)典的色散型光譜儀結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定，但由于存在狹縫，能量利用率低，對微弱信號的探測及其不利，因此限制了此類儀器的進一步發(fā)展。
[0004]目前常用的FTS光譜儀主要具有以下缺點:由于系統(tǒng)中存在動鏡，動鏡的直線運動導致光機穩(wěn)定性很差，動鏡微小的擾動都會嚴重影響干涉信號的調(diào)制度；大多時候與色散型光譜儀能量通量類似，限制了儀器的靈敏度，同時對于Sagnac干涉光譜儀，兩束相干光經(jīng)過分束面兩次，有一半返回光源，降低了能量利用率，且體積較大，價格昂貴，不適于小型化設計。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種便攜式傅里葉變換光譜儀，具有高通量、多光譜通道、高光譜分辨率且易于攜帶的特點。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種便攜式傅里葉變換光譜儀，該光譜儀包括:前置光學系統(tǒng)、分光系統(tǒng)與探測接收系統(tǒng)；
[0008]所述分光系統(tǒng)包括:設置在所述分光系統(tǒng)入口處的第一分束膜BS1、設置在所述分光系統(tǒng)出口處的第二分束膜BS2，以及設置于所述第一分束膜BSl與所述第二分束膜BS2之間的平面反射鏡Ml、平面反射鏡M2與動鏡；
[0009]所述第一分束膜BSl的反射光線通過平面反射鏡Ml反射至所述第二分束膜BS2，所述第一分束膜BSl的透射光線依次通過動鏡與平面反射鏡M2反射至所述第二分束膜BS2 ;或者，所述第一分束膜BSl的透射光線通過平面反射鏡Ml反射至所述第二分束膜BS2，所述第一分束膜BSl的反射光線依次通過動鏡與平面反射鏡M2反射至所述第二分束膜 BS2 ；
[0010]其中，所述動鏡為兩個相對放置且互相平行的平面反射鏡M3與M4。
[0011]進一步的，所述動鏡固定在一平板上，所述平面反射鏡M3與M4對稱中心有一旋轉(zhuǎn)軸，通過所述平面反射鏡M3與M4的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)光程的調(diào)制。
[0012]進一步的，所述平面反射鏡M3與M4的旋轉(zhuǎn)通過步進電機驅(qū)動。
[0013]進一步的，所述探測接收系統(tǒng)包括:依次設置的聚焦透鏡與探測器；
[0014]所述分光系統(tǒng)的出射光經(jīng)過所述聚焦透鏡聚焦，在探測器處得到對應的干涉強度信號。
[0015]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，通過兩個互相平行的動鏡可實現(xiàn)光程調(diào)制，且上述結(jié)構(gòu)高通量、多光譜通道、高光譜分辨率、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、體積小、重量輕且易于攜帶的特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0017]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種便攜式傅里葉變換光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種便攜式傅里葉變換光譜儀的工作示意圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0020]實施例
[0021]本發(fā)明實施例提供的一種便攜式傅里葉變換光譜儀，該光譜儀主要包括:
[0022]前置光學系統(tǒng)、分光系統(tǒng)與探測接收系統(tǒng)；
[0023]所述分光系統(tǒng)包括:設置在所述分光系統(tǒng)入口處的第一分束膜BS1、設置在所述分光系統(tǒng)出口處的第二分束膜BS2，以及設置于所述第一分束膜BSl與所述第二分束膜BS2之間的平面反射鏡Ml、平面反射鏡M2與動鏡；
[0024]所述第一分束膜BSl的反射光線通過平面反射鏡Ml反射至所述第二分束膜BS2，所述第一分束膜BSl的透射光線依次通過動鏡與平面反射鏡M2反射至所述第二分束膜BS2 ;或者，所述第一分束膜BSl的透射光線通過平面反射鏡Ml反射至所述第二分束膜BS2，所述第一分束膜BSl的反射光線依次通過動鏡與平面反射鏡M2反射至所述第二分束膜 BS2 ；
[0025]其中，所述動鏡為兩個相對放置且互相平行的平面反射鏡M3與M4。
[0026]進一步的，所述動鏡固定在一平板上，所述平面反射鏡M3與M4對稱中心有一旋轉(zhuǎn)軸，通過所述平面反射鏡M3與M4的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)光程的調(diào)制。
[0027]進一步的，所述平面反射鏡M3與M4的旋轉(zhuǎn)通過步進電機驅(qū)動(可繞圖示方向旋轉(zhuǎn))。
[0028]進一步的，所述探測接收系統(tǒng)包括:依次設置的聚焦透鏡與探測器；
[0029]所述分光系統(tǒng)的出射光經(jīng)過所述聚焦透鏡聚焦，在探測器處得到對應的干涉強度信號。
[0030]示例性的，本發(fā)明實施例所提供的光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖可如圖1所示，圖1中所述第一分束膜BSl的反射光線通過平面反射鏡Ml反射至所述第二分束膜BS2，所述第一分束膜BSl的透射光線依次通過動鏡與平面反射鏡M2反射至所述第二分束膜BS2 ;當然，也可根據(jù)需要調(diào)換平面反射鏡Ml與動鏡、平面反射鏡M2的位置。圖1中各個附圖標記所對應的兀器件如下:I表不前置光學系統(tǒng)，2表不第一分束膜BSl, 3表不平面反射鏡Ml, 4表不動鏡，5表不平面反射鏡M2,6表不第二分束膜BS2, 7表不聚焦透鏡,8表不探測器,9表不分光系統(tǒng)，10表示探測接收系統(tǒng)。
[0031]為了便于理解，下面結(jié)合附圖2對本發(fā)明所述的光譜儀的工作過程做進一步介紹。
[0032]圖2中各個附圖標記的含義與圖1類似，當步進電機帶動反射鏡M3、M4旋轉(zhuǎn)一定角度時，該光譜的工作過程如下:
[0033]1、前置光學系統(tǒng)將目標輻射進行收集和準直，使目標輻射轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄狻?br> [0034]2、準直后的目標輻射I入射到與水平軸成135度角的第一分束器BSl上。
[0035]3、第一分束器BSl將入射光I分為反射光束IR和透射光束IT ;其中，反射光束IR和透射光束IT的強度由分束器的半透半反膜特性決定，可以根據(jù)具體要求設計來選擇，例如介質(zhì)膜或金屬膜，可見、紅外、紫外波段亦可。
[0036]I)反射光束IR
[0037]反射光束IR到達與水平光軸成135度角的平面反射鏡M1，然后被反射至與水平光軸成135度角的第二分束器BS2，經(jīng)第二分束器BS2后形成透射光束IRT和反射光束IRR，其中的透射光束IRT到達探測器。
[0038]2)透射光束IT
[0039]透射光束IT在兩旋轉(zhuǎn)反射鏡M3、M4之間反射后，到達與水平光軸成135度角的平面反射鏡M2，經(jīng)平面反射鏡M2反射到達與水平光軸成135度角的第二分束器BS2，經(jīng)第二分束器BS2后形成反射光束ITR和透射光束ITT，其中的反射光束ITR到達探測器。
[0040]本發(fā)明實施例中，兩平行反射鏡由電機帶動同時旋轉(zhuǎn)，且始終保持兩反射鏡鏡面平行、鏡面之間的距離不變。利用兩平行反射鏡的性質(zhì)，當其旋轉(zhuǎn)時，其反射光線和入射光線始終平行，這樣IRT和ITR就相互平行，但存在光程差，因此出射光IRT和出射光ITR為兩平行相干光。
[0041]同時，出射光IRT與出射光ITR的光程差與兩平行反射鏡M3、M4的轉(zhuǎn)角能夠保持較好的線性關系。
[0042]4、經(jīng)過聚焦透鏡聚焦，在探測器處得到目標某一光程差的干涉強度信號。
[0043]5、根據(jù)光譜范圍與光譜分辨率，選擇合適的步進角和采樣點數(shù)，就能探測到目標的完整干涉圖，然后經(jīng)過光譜輻射定標、數(shù)據(jù)預處理、誤差修正、光譜復原得到目標的光譜信息。
[0044]本發(fā)明實施例所提供的光譜儀相對于目前常規(guī)光譜儀具有如下優(yōu)點:
[0045]I)比較容易實現(xiàn)大光程差，實現(xiàn)很高的光譜分辨率，以兩平行反射鏡距離為15mm為例，兩平行反射鏡只需旋轉(zhuǎn)3度就能實行1_的光程差?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)兩平行反射鏡的距離，選擇適當?shù)男D(zhuǎn)角度，實現(xiàn)較小體積下大大增加光程差，非常適于做成超光譜儀器。
[0046]2)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，便于加工裝調(diào)操作。兩平行反射鏡裝置具有很好的誤差補償作用，兩平行反射鏡的出射光光始終保持與入射光平行，放寬了運動部件的旋轉(zhuǎn)精度，降低了系統(tǒng)的工藝要求，保留了儀器高通量、高光譜分辨率等優(yōu)勢。
[0047]3)采用非共光路結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生回溯光。光線經(jīng)過第一個分束膜后沿兩路行進，每一路光在同一分束膜處只通過一次，避免產(chǎn)生返回光源的光線。
[0048]4)具有多通道輸入、輸出，可以在另一路輸入加入激光光源,而另外一路輸出用來實時定標。
[0049]5)若只選擇使用一個通道輸出，可降低對分束膜的要求，兩路光分別按照先透射、后反射和先反射、后透射的順序經(jīng)過分束膜，輸出時光強和偏振態(tài)完全相同，因此可以大大降低對分束膜的要求，節(jié)省了加工成本。
[0050]6)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于實現(xiàn)輕量小型化，做成便攜式傅里葉變換光譜儀。本發(fā)明在兩平行反射鏡距離較小，轉(zhuǎn)角較小的情況下就能產(chǎn)生比較可觀的光程差，可以保證光譜儀較大光程差的條件下具有較小的體積，便于便攜化和輕量化。
[0051]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式傅里葉變換光譜儀，其特征在于，該光譜儀包括:前置光學系統(tǒng)、分光系統(tǒng)與探測接收系統(tǒng)； 所述分光系統(tǒng)包括:設置在所述分光系統(tǒng)入口處的第一分束膜BS1、設置在所述分光系統(tǒng)出口處的第二分束膜BS2，以及設置于所述第一分束膜BSl與所述第二分束膜BS2之間的平面反射鏡Ml、平面反射鏡M2與動鏡； 所述第一分束膜BSl的反射光線通過平面反射鏡Ml反射至所述第二分束膜BS2，所述第一分束膜BSl的透射光線依次通過動鏡與平面反射鏡M2反射至所述第二分束膜BS2 ;或者，所述第一分束膜BSl的透射光線通過平面反射鏡Ml反射至所述第二分束膜BS2，所述第一分束膜BSl的反射光線依次通過動鏡與平面反射鏡M2反射至所述第二分束膜BS2 ； 其中，所述動鏡為兩個相對放置且互相平行的平面反射鏡M3與M4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀，其特征在于，所述動鏡固定在一平板上，所述平面反射鏡M3與M4對稱中心有一旋轉(zhuǎn)軸，通過所述平面反射鏡M3與M4的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)光程的調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀，其特征在于，所述平面反射鏡M3與M4的旋轉(zhuǎn)通過步進電機驅(qū)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀，其特征在于，所述探測接收系統(tǒng)包括:依次設置的聚焦透鏡與探測器； 所述分光系統(tǒng)的出射光經(jīng)過所述聚焦透鏡聚焦，在探測器處得到對應的干涉強度信號。
【文檔編號】G01J3/45GK104330162SQ201410654395
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】相里斌, 錢路路, 呂群波, 黃旻, 才啟勝 申請人:中國科學院光電研究院