[发明专利]一种同时采用MEMS平动与扭转微镜的微型傅里叶红外光谱仪

摘要

本发明为一种融合了MEMS平动微镜与扭转微镜技术的傅里叶红外光谱仪系统，包括主干涉仪和辅助干涉仪系统两个子系统，主、辅两个干涉仪共用一个平动微镜。其中的扭转微镜采用扭力梁结构，静电或磁感应方式驱动，可以实现高速旋转摆动，频率从几十赫兹至几千赫兹，转动角度达最高到五十度。而其中的平动微镜采用弹簧振动结构，可以实现微镜面的平动，平动频率达到百赫兹以上，平动范围可以达到百微米以上。这些微镜均具有无摩擦，高重复，高稳定性等特点，由于微镜尺寸小，质量小，惯性和转动惯量小，所以具有极好的抗震性，可以实现微型干涉仪。 1

主权项

1.一种融合了MEMS平动微镜与扭转微镜技术的傅里叶红外光谱仪系统，光谱仪系统包括主干涉仪和辅助干涉仪，所述主干涉仪包括红外分束器(1)、第一固定镜(2)、MEMS扭转微镜(3)、MEMS平动微镜(4)，以及1.5‑3μm碲镉汞红外第一探测器(5)、3‑5μm波段的碲镉汞第二探测器(6)；所述辅助干涉仪包括半导体激光光源(7)、激光分束镜(8)、第二固定镜(9)、MEMS平动微镜(4)、相位延时器(10)、反射镜(11)、第三探测器(12)、第四探测器(13)；且主、辅两个干涉仪共用一个MEMS平动微镜(4)；

其特征在于：在傅里叶红外光谱仪系统中同时采用MEMS平动微镜和MEMS扭转微镜。

2.根据权利要求1所述的一种融合了MEMS平动微镜与扭转微镜技术的傅里叶红外光谱仪系统，入射光入射到主干涉仪后，通过红外分束器(1)后分别射向第一固定镜(2)和MEMS平动微镜(4)，最后红外光由第一固定镜(2)和MEMS平动微镜(4)反射后发生干涉，干涉信号射向MEMS扭转微镜(3)，MEMS扭转微镜(3)通过摆动运动将干涉光束射向第一探测器(5)或第二探测器(6)中的一个；第一探测器(5)和第二探测器(6)分别采用波段为1.5‑3μm，以及3‑5μm波段的碲镉汞红外探测器，完成两个波段的独立的干涉图样采集；

主干涉仪中设置有双探测器，第一探测器(5)以及第二探测器(6)，干涉光信号是通过MEMS扭转微镜来实现探测转换。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种融合了MEMS平动微镜与扭转微镜技术的傅里叶红外光谱仪系统，辅助干涉仪用半导体激光器作为光源，激光被扩束后通过激光分束镜(8)，其中射向MEMS平动微镜(4)的一路光束有一半光通过相位延迟器，延迟相位1/2π，另外一半光束直接射向MEMS平动微镜(4)，两个半束光同第二固定镜(9)返回的光产生干涉，半束干涉光被第四探测器(13)接收，另外半束存在1/2π相位延迟的干涉光被第三探测器(12)接收，第四探测器(13)与第三探测器(12)的干涉条纹相位相差1/2π，由此两个干涉条纹信号，测量出MEMS平动微镜(4)的运动方向，并得到MEMS平动微镜(4)的运动路程，具此对主干涉仪获得的干涉图样定标，最终利用傅里叶变换方法获得宽谱段的光谱数据；

通过辅助干涉仪将光束对半分开后分别实现干涉并探测，对主干涉仪中的MEMS平动微镜的位置实现绝对定标。