[发明专利]高光谱分辨率干涉仪

说明书

本发明提供一种高光谱分辨率干涉仪，具有背向连接的两个可移动角镜组，各具有顺序排列的N个移动角镜单元，在所述N个移动角镜单元的邻接位置对向设有N‑1个固定角镜单元，用于将位于头端的移动角镜单元的出射光顺序反射到位于尾端的移动角镜单元，然后用固定平面反射镜将位于尾端的移动角镜单元的出射光沿原路反射回去。如此一来，在两个可移动角镜组的移动过程中，由于可移动角镜组分别与固定角镜单元以及固定平面镜之间产生了多次光路往返，使得原本只能产生2倍光程差的干涉仪，成为了能够产生16倍或以8的倍数增加更多倍的光程差的干涉仪。使用本发明，在分辨率不变的情况下，能够缩小干涉仪的体积，而在体积不变的情况下，则能够提高干涉仪的光谱分辨率。

技术领域

本发明涉及一种干涉仪，特别涉及一种傅立叶变换红外光谱仪。

背景技术

傅立叶变换红外光谱分析仪广泛地用于气体，液体和固体的化学和物质组分分析，在医药，石化，大气监测等多个领域广泛使用。傅立叶变换高分辨率红外光谱分析遥测卫星能够广泛地用于对流层大气环境监测和地面环境遥感，二维傅立叶变换高分辨率红外超光谱分析技术在国防上有重要意义。

傅立叶红外光谱仪的核心部件是干涉仪。麦克逊干涉仪由阿尔伯特·迈克尔逊在1887年发明。迈克尔逊正因发明了干涉仪和光束的测量而获得了1907年诺贝尔物理学奖。自从阿尔伯特·迈克尔逊在1887年发明迈克尔逊干涉仪由之后。很多科学家及工程师在迈克尔逊干涉仪的基础上发明了各种各样的干涉仪，虽然各具特色，但都是迈克尔逊干涉仪的变形。

传统的迈克尔逊干涉仪，用分束器把从光源发射的光分成两个光束。干涉仪有两个不同的反射镜：移动反射镜和固定反射镜。一个光束在移动反射镜和分束器之间传输，另一个光束在固定反射镜和分束器之间传输。当移动反射镜在初始位置时，移动反射镜和固定反射镜到分束器之间的光路有着相同的距离。当动镜移动时，这两光束分别在两个不同的反射镜和分束器之间传输经过了不同的光程，产生相位差，最后在分束器汇合形成干涉信号。用傅立叶变换把干涉信号转换成光谱信号，干涉信号被测量从零光程差到最大光程差长度，光谱分辨率取决于最大光程差长度。而光程差是指干涉仪用来产生干涉信号的那两个光束的光程差别，光程差通常是动镜移动位移的偶数倍。

目前市场上的傅立叶变换红外光谱仪中的干涉仪，主要由两种方式改变光程实现两束光的干涉：线性移动和摇摆式。传统的迈克尔逊干涉仪的平面动镜，是经典的线性移动方式。

美国专利号4383762公开了一种干涉仪，是在传统麦克尔逊干涉仪的分束器和两个平面反射镜之间增加了两个摆动的回射反射镜，这两个增加的回射反射镜位于一个三角形摆动结构的两端，分别面对两个固定的平面反射镜，光路从分束器经过回射反射镜，到达平面反射镜后折返，再经过回射反镜返回到分束器，通过摆动这两个回射反射镜代替线性移动迈克尔逊干涉仪平面动镜，来改变光程差。这种干涉仪方案已经被应用于太空飞船。

在1993年，美国专利号5,309,217公开的设计方案，是利用了以分束器对称分布的两个轴摆动的回射立方角反射镜来改变光程差，光从分束器分成两束后，先经过固定的平面反射镜反射到回射立方角反射镜后，光路开始折返，折返到固定的平面反射镜后，再反射到分束器。这两个回射立方角镜位于一个近似180度的双钟摆结构臂的两端，方向朝上。一个无磨损的转轴位于整个钟摆结构的重心。两个平面反射镜在两个回射立方角镜的上方，这两个平面反射镜以一个平面分束器对称分布,分束器相对于钟摆的平面而移动。与美国专利号4383762的区别是：平面反射镜和角反射镜在光路中的顺序发生了颠倒。这个干涉仪结构的优点是利用回射立方角镜做光路折返的反射镜，克服了传统平面反射镜的准直误差，不需动态准直，确保了光路的准直性，抗震性比较好。但是由于整个钟摆结果摆动的角度限制，光路不能脱离角镜范围，整个光程差变化范围有限，整体干涉仪光学分辨率低，只适合低分辨率光谱分析，适合入门级傅立叶红外光谱仪系统。