[发明专利]干涉仪阶梯扫描系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及干涉仪，并且具体涉及用于控制阶梯扫描光谱仪干涉仪中的光路差的伺服控制系统和方法。

背景技术

傅里叶变换光谱仪通常包括用来产生单色基准光束(例如，激光束)的经反射的部分之间的干涉以及所关注的宽带红外光束的经反射的部分之间的干涉的干涉仪。干涉仪可以包括一个或多个可移动的反射镜，该反射镜的位置被用来控制经过干涉仪的光学路径长度。在快速扫描中，随着获取数据，干涉光束各部分之间的路径长度差(延迟)以恒定速度在所关注的区间之上增加。在阶梯扫描过程中，延迟以阶梯方式变化，并且在每个阶梯处获取数据。可以通过移动一个或多个光学元件(诸如反射镜)来改变延迟。

阶梯扫描干涉仪可以使用抖动(dither)来在可以线性移动的反射镜与固定到致动器(诸如压电致动器(PZT))的反射镜之间的路程差中产生小的周期性变化。这种抖动对于单色基准光束和宽带红外光束进行调制。单色光束可以被用作基准，来对两个反射镜之间的平均路程差进行精确地伺服控制。在一种方法中，经调制的单色光束被从干涉仪引导向探测器，其中探测器的输出受到AC(交流)耦合。以抖动的两倍频率工作的解调器被用来检测抖动信号的二次谐波，并且被用作伺服的误差输入，其中伺服的误差输入将移动反射镜与固定反射镜之间的时间平均路程差调整到单色光的过零点(zero crossing)。抖动和AC耦合的应用减少了系统特性对于由单色光源强度、分束器效率和探测器灵敏度的时间变化而引起的漂移的相关性。

通常使用的干涉仪可能在一些IR光谱应用(例如时间分辨光谱学(TRS))中工作不理想。

发明内容

根据一个方面，一种方法包括：使得阶梯扫描干涉仪中的光学路径长度差从第一值步进到第二值；使得干涉仪反射镜在AC伺服控制下抖动持续第一时间区间，以使得在第二阶梯值处的路径长度差稳定；对于接着第一时间区间的第二时间区间，将反射镜不能在AC伺服控制下的抖动禁用，并且使得能够进行干涉仪反射镜位置DC伺服控制；以及在将反射镜在AC伺服控制下的抖动禁用的时间，执行干涉仪采样数据收集。

根据另一个方面，一种设备包括至少一个致动器，其被构造为使得阶梯扫描干涉仪中的光学路径长度差从第一值步进到第二值；以及连接到该至少一个致动器的系统控制器。该系统控制器被构造为：使得干涉仪反射镜在AC伺服控制下抖动持续第一时间区间，以使得在第二阶梯值处的路径长度差稳定；对于接着第一时间区间的第二时间区间，将反射镜在AC伺服控制下的抖动禁用，并且使得能够进行干涉仪反射镜位置DC伺服控制；并且在将反射镜在AC伺服控制下的抖动禁用的时间，执行干涉仪采样数据收集。

附图说明

通过阅读以下详细说明以及参考附图，将会更好地理解本发明的上述方面和优点。

图1示出了根据本发明的一些实施例的示例性阶梯扫描光谱仪干涉仪。

图2示出了根据本发明的一些实施例的干涉仪路径差(延迟)、抖动源信号和红外(IR)数据收集信号的时间相关性。

图3示出了根据本发明的一些实施例的干涉仪控制器。

图4示出了根据本发明的一些实施例，在存在DC偏移漂移的情况下探测器信号和放大器输出的时间相关性。

图5示出了根据本发明的一些实施例的解调器输入、控制和输出信号的时间相关性。

具体实施方式

在以下描述中，“一组”元件包括一个或多个元件。“多个”元件包括两个或多个元件。提到任何元件都应被理解为涵盖了一个或多个元件的情形。每个所提到的元件或结构可以通过整体结构而形成或者是整体结构的一部分，或者可以由多个单独的结构形成。除非另有说明，任何所提到的电或机械的连接可以是直接连接或者通过中间结构而间接地以可操作方式连接。两个事件同步发生意味着两个事件根据相同的时钟周期发生。除非另外指明，术语“逻辑”涵盖了专用的硬件(例如，专用集成电路(ASIC)的一部分)以及可编程的逻辑器件(例如，现场可编程门阵列(FPGA)、可编程数字信号处理器(DSP)或其它可编程的处理器，诸如微控制器)的情形。

以下描述通过示例的方式而不是通过限制的方式示出了本发明的实施例。