微型轉動掃描傅里葉變換光譜儀的制作方法
【專利摘要】這是一種轉動掃描式傅里葉變換光譜儀，轉動裝置位于光路的一臂，光程補償裝置位于光路的另一臂，不需為轉動裝置提供額外的空間開銷，可以使光譜儀體積縮小到半個手掌的大小。此外，光譜儀通過旋轉角的改變可以實現很細微的光程差改變，通過最大旋轉角、轉動裝置折射率等參數的設置可以實現光程差從納米量級至毫米或厘米量級的改變。這種光譜儀最大特點為體積小，重量輕，掃描范圍廣，實用性高，是一種能夠實現實時在線測量的便攜式光譜儀。
【專利說明】微型轉動掃描傅里葉變換光譜儀
【技術領域】
[0001] 本發明為一種傅里葉變換光譜儀，以轉動掃描方式實現光程差改變，屬于光譜分 析儀器，主要涉及光譜儀器設計領域。
【背景技術】
[0002] 傅里葉變換光譜儀是光譜分析的有力工具，目前已有一些通過轉動掃描來實現光 程差改變的技術，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 動裝置至于兩個光路分支的交匯處，通過轉動裝置的旋轉使兩個光路分支的光程均發生改 變，其特點是結構簡單，光程差范圍較大，適用于各種光譜區工作。但由于其轉動裝置位于 兩光路分支交匯處，需要額外占用空間，且所用光學器件較多，可能存在某些潛在的不穩定 因素。本發明將旋轉裝置至于一個光路分支中，在另一光路分支中用補償裝置補償光路，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。
【發明內容】
[0003] 本發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，可以根據實際需要來設置。元件2為透鏡，主要作用為將光束變為平行光。元件3 為分束器，其可將入射光束一分為二。兀件4轉動裝置，光學部分為方形光學材料，如若進 行紅外波段測量，則它的材料可選為硒化鋅。它由伺服電機驅動，通過旋轉產生光程差。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為光程補償裝置，當轉動裝置的旋轉角為零時， 上支路的光垂直通過轉動裝置仍然會產生光程差，所以在下支路與光束垂直的方向放置補 償裝置來抵消旋轉角為零時的光程差。元件8為會聚鏡，可將光束會聚到一點。元件9為 光學探測器，接收光學信息。比較圖1和圖2可發現本儀器的體積僅為圖1所示儀器體積 的一半。
[0004] 下面計算光程差隨旋轉角的改變：
[0005] 當旋轉角為0度時，各參數設置如圖3所示。下支路的光程差可以直接求出，且在 轉動裝置轉動過程中下支路光程差不變。所以光程差計算的主要工作集中在上支路。以〇 為原點沿水平和堅直方向建立坐標系，用解析幾何的方法計算各段光路的光程。
[0006] 當旋轉角為0時，如圖4所示。設旋轉體兩邊所在直線為1:和I2，可以寫出其方 程：
【權利要求】
1. 一種微型轉動掃描傅里葉變換光譜儀，主要由光闌、準直鏡、分束器、轉動裝置、平面 反射鏡、光程補償裝置、會聚鏡和光學探測器組成，通過轉動裝置[4]的旋轉角改變來產生 光程差。
2. 根據權利要求1中所述的傅里葉變換光譜儀，轉動裝置位于光路的一個分支中，由 伺服電機驅動，旋轉角的微小改變可以產生很精細的光程差改變，且轉動角度與光程差接 近線性。
3. 根據權利要求1中所述的傅里葉變換光譜儀，光程補償裝置[6]位于光路的另一個 分支中，它的作用為補償轉動裝置在旋轉角度為零時所產生的光程差，補償裝置的光學材 料與轉動裝置的光學材料相同，位置固定，不需要電機驅動。
4. 根據權利要求1中所述的傅里葉變換光譜儀，其光程差可以實現由納米量級至毫米 或厘米量級的改變，如對于紅外波段，在最大旋轉角時光程差可以達到毫米量級，每〇. 1度 旋轉角度的改變引起的光程差改變為微米量級。
【文檔編號】G01J3/02GK104515596SQ201310444659
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】徐曉軒, 李昊宇, 王斌 申請人:南開大學
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