[发明专利]双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪

说明书

本发明公开了一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪，其产生光程差的运动部件是一对平行镜，由于光线经过平行镜后的传播方向不变，因此在平行镜摆动的过程中并不会引起光线的偏折，可降低对运动部件的精度要求。另外，光线经过端面直角镜返回后产生一个垂直纸面(Z方向)的偏移量，使得入射光线和经过干涉仪后的出射光线偏离开，从而在干涉仪的分束器两端均可进行干涉信息的采集，具有双通道探测的特点。即本发明的突出优点是通过一对平行摆镜系统和端面直角反射镜，降低了对运动部件的精度要求，且可以实现双通道探测。

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪。

背景技术

红外光谱仪是对物质的化学组成进行探测和判别的有效科学仪器，具有精度高、分析速度快、结果稳定、分析过程无破坏性等优点，傅里叶变换红外光谱仪(FourierTransform InfraRed Spectrometer，FTIR)采用干涉分光原理，采集目标的干涉信息，利用干涉图与光谱图之间的傅里叶变换对应关系，通过傅里叶变换复原出目标光谱信息。相比其它类型的红外光谱仪，傅里叶变换红外光谱仪具有测量精度高、杂散光低、分辨率高、光通量大、测定速度快和测量波段宽等优势，是光谱分析强有力的工具。

傅里叶变换红外光谱仪从实现的方式上，主要可以分为时间调制型和空间调制型两类。空间调制型傅里叶变换光谱技术中无运动部件，具有很好的稳定性，通常采用面阵探测器获取目标点的完整光程差干涉信息，但由于其是一种点到面的成像关系，系统的能量和灵敏度偏低。时间调制型傅里叶变换光谱仪以迈克尔逊干涉仪为代表，通过控制动镜的扫描获得时间序列的干涉图，与空间调制型相比，具有光谱分辨率高，能量高等显著优点，可以实现高精度的光谱测量，是目前商业和科研领域傅里叶变换红外光谱仪的主流。

如图1所示，为传统迈克尔逊型傅里叶变换红外光谱仪结构示意图。系统主要由准直镜L1，分束器BS，固定反射镜M1，动镜M2，成像镜L2和探测器D组成。光线经过准直镜L1准直后进入干涉仪系统，分束器BS将光线分为透射和反射两路光，其中反射光经过定镜M1反射后回到分束器BS，透射光经过动镜M2反射后也返回分束器BS，两路光在分束器汇合后形成干涉光，其中一部分光经成像镜L2汇聚后被探测器D接收。工作过程中，随着动镜M2的往复平动，使得干涉仪的两臂产生随时间变化的光程差，系统光程差与动镜M2移动距离d相关：

x＝2d

动镜M2通过往复平动一个行程后，在探测器上可以得到一定光程差内的完整干涉强度信息，对于复色光而言，探测器上的干涉图强度表达式如下：

式中，σ为入射光波数，B(σ)为入射的光谱强度，σ_min～σ_max为入射波数范围。得到系统的干涉强度后，通过傅里叶变换等数据处理即可复原出目标的原始光谱信息。

但是，传统迈克尔逊型傅里叶变换红外光谱仪结构，对动镜的运动精度要求非常严格，动镜在运动过程中产生的倾斜将会使反射回的光线产生倾角，导致干涉图的调制度下降，因此在平动式的迈克尔逊型光谱仪中需严格控制动镜运动过程中的倾斜量，对动镜的运动控制提出较高的要求；另一方面，平动式迈克尔逊型光谱仪中有一半的光能量原路返回光源，导致可探测的能量仅有入射能量的一半，降低了系统的能量利用率。

发明内容

本发明的目的是提供一种双通道平行摆镜式傅里叶变换红外光谱仪。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：