[发明专利]基于阵列相位反射镜与光开关阵列的红外干涉光谱仪

权利要求书

1.基于阵列相位反射镜与光开关阵列的红外干涉光谱仪，包括准直镜(2)、分束器(3)、平面反射镜(4)、阵列相位反射镜(5)、光开关阵列(6)、聚焦镜(7)和点探测器(8)；

光源(1)发出的光经准直镜(2)准直为平行光束，分束器(3)将平行光束分为强度相等的两束相干光，一束光被分束器(3)反射后入射到阵列相位反射镜(5)上，另一束光透过分束器(3)入射到平面反射镜(4)上；所述阵列相位反射镜(5)对透过分束器(3)的入射光场进行分布式相位调制；被所述阵列相位反射镜调制的光场与被平面反射镜反射的光场再次经分束器相干叠加形成干涉光场；所述光开关阵列(6)对干涉光场进行空间分步式接收，并通过聚焦镜(7)和点探测器(8)后获得干涉图序列；

其特征是；

所述阵列相位反射镜(5)将入射光场进行空域分割，每个相位反射镜单元对应一个光场分割单元，所述相位反射镜单元所对应的光场分割单元与平面反射镜(4)对应区域反射的光场在分束器(3)出射面上干涉时对应一个相位差，出射光场为具有空间相位差分布的干涉光场阵列，且每个相位反射镜单元对应所述干涉光场阵列中的一个干涉光场单元；

出射的干涉光场阵列入射到光开关阵列(6)上，光开关阵列由二维空间分布的多个光开关单元组成，每一个光开关单元对应于干涉光场阵列中一个干涉光场单元；通过控制每个光开关单元的开闭来控制干涉光场阵列中对应干涉光场单元的通断，实现干涉光场阵列中对应于某一相位差的干涉光场的选通；

按照阵列相位反射镜上相位调制量的空间分布顺序依次控制光开关阵列(6)上对应光开关单元的开闭，使干涉光场阵列中的各干涉光场单元按照相位差的顺序依次通过光开关阵列(6)；实现干涉光场按照相位差的顺序被探测器依次采集，最终形成干涉图序列；

所述分束器(3)为带有栅棱结构的轻型分束器由栅棱、分束窗和分束膜组成，所述栅棱对分束器进行空间分割形成分束窗阵列，分束膜位于分束窗上表面或分束窗和栅棱的上表面，栅棱对分束膜起支撑作用；

栅网分束器中的栅棱在横向的宽度是其纵向宽度的倍，分束窗在横向的宽度是其纵向宽度的倍，分束窗在横向和纵向的占空比相同；

所述栅网分束器中的栅棱宽度范围为1nm-100cm，分束窗宽度范围为1nm-100cm；栅棱厚度范围为1nm-100cm，分束窗厚度范围为1nm-100cm；

所述栅网分束器中的栅棱的剖面结构为单面矩形、单面平行四边形、单面梯形、双面矩形、双面平行四边形或双面梯形。

2.根据权利要求1所述的基于阵列相位反射镜与光开关阵列的红外干涉光谱仪，其特征在于；采用超精密机械加工方法和MOEMS技术实现分束器的制备；

采用超精密机械加工方法制备过程为：在基底上通过一体切割、研磨及抛光技术获得栅棱和分束窗，再整体蒸镀分束膜，完成器件制备；

采用MOEMS技术实现分束器的制备由以下步骤实现：

步骤一、选取单晶硅作为基底，并在所述单晶硅表面制备掩蔽膜；

步骤二、定向光刻，通过刻蚀法去除边槽图形内的掩蔽膜，露出边槽图形；采用单晶硅各向异性腐蚀液腐蚀边槽，边槽腐蚀深度等于分束窗最终的厚度；

步骤三、第二次光刻，通过刻蚀去除分束窗图形内的掩蔽膜，露出分束窗图形；采用单晶硅各向异性腐蚀液同时腐蚀边槽和分束窗，腐蚀深度至边槽腐蚀到厚度为0，分束窗达到最终的厚度；

步骤四、去除栅棱表面的掩蔽膜，整体蒸镀分束膜，完成分束器的制备。

3.根据权利要求1所述的基于阵列相位反射镜与光开关阵列的红外干涉光谱仪，其特征在于，以阵列相位反射镜(5)中第(0,0)个相位反射镜单元为基准，设定第(1,0)个相位反射镜单元的厚度为h，则第(m,n)个相位反射镜单元的厚度为(nN+m)h；当平面反射镜(4)相对于分束器(3)的镜像位置与阵列相位反射镜(5)中的第(0,0)个相位反射镜单元重合时，第(m,n)个相位反射镜单元所对应的干涉光场单元的相位差为4πν(nN+m)h，ν为光波的波数；

当平面反射镜(4)相对于分束器(3)的镜像位置与阵列相位反射镜(5)中的第(m₀,n₀)个相位反射镜单元重合时，第(m,n)个相位反射镜单元所对应的干涉光场单元的相位差为