[发明专利]基于等效相交镜的迈克尔逊干涉仪的傅里叶变换光谱仪

说明书

技术领域

本发明是一种基于迈克尔逊干涉仪的傅里叶变换光谱仪，属于光谱测量仪器技术领域,包含计算机测量、光电子技术和干涉仪系统等方面。本发明可用于物体发光或反光的光谱分布，并可对典型特征谱线的波长进行精确计算，在光谱研究和物质分析领域有着广泛应用。

背景技术

光谱仪在一般化学分析、DNA测序,在生物学和化学有害物质和其他应用越来越重要。傅里叶变换光谱仪(FTS)在过去的十年中吸引了大量的注意力,因为他们的特定的特性,如高准确性、高灵敏度和高光谱分辨率。

在传统的傅里叶变换光谱仪中,输出光束的强度通过扫描干涉仪测量，干涉仪的光程差(OPD)决定了傅里叶变换光谱仪的分辨率。最近,一些不同形式的傅里叶变换光谱仪被研究出来。一款通过使用皮瓦量级的超短脉冲激光源的傅里叶变换光谱仪研制出来,它可以精确测量化合物的性能。此外,基于光纤干涉仪非扫描傅里叶变换光谱仪也被研制出,它具有高分辨率和低成本。此外,也有利用双折射棱镜、一对偏振器和线阵CCD阵列的傅里叶变换光谱仪。这种设计提高了传统傅里叶变换光谱仪通过消除可动部分和传播过程中的光程差(OPD)空间,使系统更小、更可靠,大大减少测量时间。然而,这些方法总是需要复杂的组件,不适合在实际工程。

发明内容

本发明提出了一种基于等效相交镜的迈克尔逊干涉光路傅里叶变换光谱仪。11为反射镜Ⅴ10对反射镜Ⅳ9镜面所成的虚像，等效相交镜为反射镜Ⅳ9与11的相交，如附图1所示。被测光和参考光都入射到迈克耳孙干涉仪中,并通过电荷耦合元件(CCD)和嵌入式处理器采集得到干涉条纹的傅里叶变换光谱。参考光光谱的峰值点用于校准被测光的峰值点，被测光光谱可以通过参考光和被测光的傅里叶变换光谱计算出来。由于迈克耳孙干涉仪由等效相交镜构成,傅里叶变换光谱仪实现没有任何机械运动,通过将两束光共同照射到在同一个迈克耳孙干涉仪的光路提高了光谱仪的精度，提高了传播的光路。该方法具有高性能、高可靠性和低成本。

本发明具体方案如下：

本发明中的傅里叶变换光谱仪包括迈克尔逊干涉光路部分和电路部分，所述的电路部分包括CCD信号采集器12、放大器13、AD转换器14、嵌入式处理器15和嵌入式处理器相关的显示器16，其中CCD信号采集器12采集迈克尔逊干涉光路产生的干涉条纹信号，CCD信号采集器12、放大器13、AD转换器14、嵌入式处理器15、嵌入式处理器相关的显示器16依次相连。

使用上述光谱仪测量被测光的频率，其步骤如下：

1)迈克尔逊干涉光路中，光源I1和光源Ⅱ2可分别作为参考光光源和被测光光源。光源I1产生光束I，光束I通过反射镜I3入射到半透半反镜4。光源Ⅱ2产生光束II，光束II通过反射镜Ⅱ5、Ⅲ6后入射到半透半反镜4。半透半反镜4将光束I反射和光束II透射，并汇聚成光束III。光束III再通过准直透镜组7入射到偏振分束器8中。光束经过偏振分束器8分别入射到反射镜Ⅳ9、Ⅴ10中，经反射后通过偏振分束器8后被CCD信号采集器12接收，并将其转换成模拟信号输出给电路部分进行处理；

2)CCD信号采集器12输出信号通过放大器13后输入给AD转换器14采样信号输入端；

3)AD转换器14将模拟信号转换成数字信号，将数字信号发送给嵌入式处理器15，嵌入式处理器15将信号进行傅里叶变换，并将傅里叶变换光谱显示到显示器16上。

4)通过显示器16显示出傅里叶变换光谱的二位坐标图。横坐标为频率点，也代表了频率值。纵坐标表示光谱强度。参考光和被测光对应的峰值频率点分别为Nr和Nm。从显示的傅里叶变换光谱分别读出被测光和参考光的峰值所对应的横坐标值Nr和Nm，Nr表示被测光的横坐标值，Nm表示参考光的横坐标值，根据公式可以计算出被测光频率，f_m表示被测光频率，f_r表示参考光频率。

本发明中的频谱测量方法与迈克尔逊干涉光路有关，下面对其原理进行说明：

本发明使用的测量光路采用干涉式，基于迈克尔逊干涉原理：两束光相互叠加，产生干涉条纹，对比已知频率的参考激光和未知频率的被测光的干涉信号的波形，利用嵌入式处理器采集干涉条纹强度的模拟信号，同时并做傅里叶变换获得干涉条纹的光谱，从而精确计算出被测光频率。