[发明专利]用于补偿由光谱仪系统产生的干涉图的时间周期扰动的光谱仪系统和方法

说明书

光谱仪系统和用于补偿由光谱仪系统产生的干涉图的时间周期性扰动的方法。光谱仪系统(2)包括：扫描干涉仪(4)；驱动系统(6)，其机械耦合到扫描干涉仪(4)的可移动反射器元件(14)并且可操作以实现多个，优选地多于两个，例如三个不同的扫描速度下可移动反射器元件(14)的往复运动；检测器装置(8)，被配置为以等距时间间隔对由扫描干涉仪(2)形成的干涉图进行采样以产生采样干涉图；以及数据处理器(10)，适于在所述多个不同扫描速度中的每一个处获取采样的干涉图，并且执行如此获取的多个采样干涉图的内容的相对比较。

技术领域

本发明涉及光谱仪系统和用于补偿由光谱仪系统产生的干涉图的时间周期扰动的方法，特别涉及使用包括扫描傅里叶变换(FT)干涉仪的光谱仪系统记录的干涉图的那些扰动。

背景技术

已知提供具有诸如迈克尔逊型(Michelson type)扫描FT干涉仪的光谱仪系统。干涉仪广泛地包括分束器和两个或更多个反射器，例如反射镜或反射器，其中至少一个反射器布置成可往复移动。准直透镜或其他光学器件也可以包括在干涉仪中，但并不是其工作原理的根本。

通常，例如当这种干涉仪用于光谱学时，由感兴趣的波长区域中的相对宽带辐射组成的观测光束通常在与观测中的样本相互作用后进入干涉仪，并且撞击到分束器。这个观测光束在分光器处被分成基本上相同强度的两部分。第一光束被分束器反射并沿着干涉仪的第一“臂”行进到第一反射器，从第一反射器它被反射回分束器。第二光束通过分束器传输，并沿着第二个“臂”行进到第二反射器，从第二反射器它也被反射回分束器，以与反射的第一个光束重叠。延迟δ是两臂的光路长度之间的差异，并且取决于延迟，当两个臂中的反射光在分束器上重叠时，光谱源的每个波长可能会破坏性地或建设性地干扰。作为延迟的函数的重叠干涉光的强度图案在下文中称为观测干涉图。观测干涉图由检测器记录，因为一个或多个反射器(通常是一个反射器)以恒定速度移动，以产生相关光路的循环偏移，因此在第一光束和第二光束之间产生循环光路长度差。

在检测器处接收的干扰信号的采样是以时间等距的方式进行的(即，以光路长度差的相等间隔)，例如通过在共干涉激光器的干涉图中的特定点(例如零交叉点)上触发所确定的。以这种方式，可以实现在路径长度差方面对观测干涉图的非常精确的采样。所得到的采样观测干涉图在空间中是周期性的，并且包含调制光的频率分布，然后可以将频率分布傅立叶变换为波长(或频率)相关强度谱。

然而，如果存在与光谱仪系统特别是与干涉仪相关联的一些扰动，其由于反射器的恒定的扫描速度在时间上是周期性的，这将作为调制光的假频率分量出现，并且因此会在受影响的频率下产生强度谱中的伪像。这种时间周期性扰动可以有许多形式，例如由例如外部振动引起的光学系统的时间周期性对准变化；在传输测量的情况下，可能再次由于外部振动而导致时间周期性的路径长度变化。检测器及其电子电路的时间周期性电磁干扰也可能表现为调制光的假频率分量。

这种时间周期性扰动可能不利地影响光谱仪系统的性能，因为在没有其本质的先验知识的情况下不可能将这些扰动与真实信号区分开。

发明概述

本发明的目的是至少识别在由这种时间周期性扰动产生的观测干涉图中的伪像，并且优选地校正所产生的强度谱以减轻这种伪像的影响。

根据本发明的第一方面，提供了光谱仪系统，包括：扫描干涉仪；驱动系统，其机械地耦合到所述扫描干涉仪的可移动反射器元件并且可操作以实现所述可移动反射器元件的往复运动；检测器装置，被配置为以等长的长度间隔对由扫描干涉仪形成的干涉图进行采样以产生采样干涉图；以及数据处理器，适于获取采样干涉图并对其执行傅里叶变换操作；其中所述驱动系统可操作以以多个不同的速度实现所述可移动反射器元件的往复运动，并且其中所述数据处理器适于在所述多个不同速度中的每一个处采集采样的干涉图并且执行如此获取的多个采样干涉图的内容的相对比较。通过以多个不同的扫描速度和因此采样频率获得干涉图，时间上呈周期性的扰动在记录的干涉图中将表现为多个不同周期性，然后可以通过光谱的相对比较来识别周期性。