微型转动扫描傅里叶变换光谱仪的制作方法
【专利摘要】这是一种转动扫描式傅里叶变换光谱仪，转动装置位于光路的一臂，光程补偿装置位于光路的另一臂，不需为转动装置提供额外的空间开销，可以使光谱仪体积缩小到半个手掌的大小。此外，光谱仪通过旋转角的改变可以实现很细微的光程差改变，通过最大旋转角、转动装置折射率等参数的设置可以实现光程差从纳米量级至毫米或厘米量级的改变。这种光谱仪最大特点为体积小，重量轻，扫描范围广，实用性高，是一种能够实现实时在线测量的便携式光谱仪。
【专利说明】微型转动扫描傅里叶变换光谱仪
【技术领域】
[0001] 本发明为一种傅里叶变换光谱仪，以转动扫描方式实现光程差改变，属于光谱分 析仪器，主要涉及光谱仪器设计领域。
【背景技术】
[0002] 傅里叶变换光谱仪是光谱分析的有力工具，目前已有一些通过转动扫描来实现光 程差改变的技术，如专利CN2108288中提到的一种方法，其光路图如图1。这种方法是将转 动装置至于两个光路分支的交汇处，通过转动装置的旋转使两个光路分支的光程均发生改 变，其特点是结构简单，光程差范围较大，适用于各种光谱区工作。但由于其转动装置位于 两光路分支交汇处，需要额外占用空间，且所用光学器件较多，可能存在某些潜在的不稳定 因素。本发明将旋转装置至于一个光路分支中，在另一光路分支中用补偿装置补偿光路，可 以大大缩小光谱仪体积，使本仪器的体积为上述光谱仪体积的一半。
【发明内容】
[0003] 本发明的主要光路图如图2所示。其中元件1为光阑，主要作用是控制输入光束 的大小，可以根据实际需要来设置。元件2为透镜，主要作用为将光束变为平行光。元件3 为分束器，其可将入射光束一分为二。兀件4转动装置，光学部分为方形光学材料，如若进 行红外波段测量，则它的材料可选为硒化锌。它由伺服电机驱动，通过旋转产生光程差。元 件5和7为平面反射镜，如果入射光束与分束器成45度角，平面反射镜也成45度角，那么 入射到反射镜上的光束将原路返回。元件6为光程补偿装置，当转动装置的旋转角为零时， 上支路的光垂直通过转动装置仍然会产生光程差，所以在下支路与光束垂直的方向放置补 偿装置来抵消旋转角为零时的光程差。元件8为会聚镜，可将光束会聚到一点。元件9为 光学探测器，接收光学信息。比较图1和图2可发现本仪器的体积仅为图1所示仪器体积 的一半。
[0004] 下面计算光程差随旋转角的改变：
[0005] 当旋转角为0度时，各参数设置如图3所示。下支路的光程差可以直接求出，且在 转动装置转动过程中下支路光程差不变。所以光程差计算的主要工作集中在上支路。以〇 为原点沿水平和坚直方向建立坐标系，用解析几何的方法计算各段光路的光程。
[0006] 当旋转角为0时，如图4所示。设旋转体两边所在直线为1:和I2，可以写出其方 程：
【权利要求】
1. 一种微型转动扫描傅里叶变换光谱仪，主要由光阑、准直镜、分束器、转动装置、平面 反射镜、光程补偿装置、会聚镜和光学探测器组成，通过转动装置[4]的旋转角改变来产生 光程差。
2. 根据权利要求1中所述的傅里叶变换光谱仪，转动装置位于光路的一个分支中，由 伺服电机驱动，旋转角的微小改变可以产生很精细的光程差改变，且转动角度与光程差接 近线性。
3. 根据权利要求1中所述的傅里叶变换光谱仪，光程补偿装置[6]位于光路的另一个 分支中，它的作用为补偿转动装置在旋转角度为零时所产生的光程差，补偿装置的光学材 料与转动装置的光学材料相同，位置固定，不需要电机驱动。
4. 根据权利要求1中所述的傅里叶变换光谱仪，其光程差可以实现由纳米量级至毫米 或厘米量级的改变，如对于红外波段，在最大旋转角时光程差可以达到毫米量级，每〇. 1度 旋转角度的改变引起的光程差改变为微米量级。
【文档编号】G01J3/02GK104515596SQ201310444659
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】徐晓轩, 李昊宇, 王斌 申请人:南开大学