專利名稱：紅外光譜干涉儀和采用該干涉儀的紅外光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于紅外光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種紅外光譜干涉儀和采用該紅外光譜干涉儀的紅外光譜儀。
背景技術(shù)：
紅外光譜是物質(zhì)的指紋光譜區(qū)，到目前為止已經(jīng)積累了豐富的紅外光譜數(shù)據(jù)，給鑒別未知化合物，定量分析化合物的含量提供了有力手段。由于光柵光譜儀狹縫通光量小， 加上紅外光源的紅外輻射較可見光弱很多，光柵型光譜在紅外波段已逐漸被淘汰。到70年代，在電子計(jì)算機(jī)蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)上，傅立葉變換紅外光譜(FTIR)實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)入現(xiàn)代化學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室，成為結(jié)構(gòu)分析的重要工具。它以高靈敏度、高分辨率、快速掃描、聯(lián)機(jī)操作和高度計(jì)算機(jī)化的全新面貌使經(jīng)典的紅外光譜技術(shù)再獲新生。傅立葉變換紅外光譜儀的核心是一紅外光譜干涉儀，目前在用的傅立葉變換紅外光譜儀主要有兩種類型的紅外光譜干涉儀以熱電(Thermo-fisher)公司為代表的采用兩平面反射鏡的經(jīng)典邁克爾遜干涉儀，和以尼高力(Nicolet)公司為代表的采用兩角鏡反射鏡的改進(jìn)型邁克爾遜干涉儀。前一種干涉儀必須保證兩平面鏡的角度誤差小于一個(gè)角秒 (1/3600度)，為此它采用了一種動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)實(shí)時(shí)來調(diào)整其中的一個(gè)平面反射鏡來達(dá)到這種苛刻的要求。但是當(dāng)儀器遇到較大的震動(dòng)和搬動(dòng)時(shí)，動(dòng)態(tài)調(diào)整的范圍就不夠用了，必須人工重新調(diào)整儀器。后一種干涉儀在此方面有較大改進(jìn)，但仍要求角鏡反射鏡的位置平移誤差小于0. 01mm。雖然兩種干涉儀在優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下使用都未碰到大的問題，但在一些需要移動(dòng)測試和惡劣的工業(yè)控制現(xiàn)場的情況下，震動(dòng)對(duì)于儀器都形成了難以承受的考驗(yàn)。圖1是經(jīng)典邁克爾遜干涉儀的光路原理圖。從光源1發(fā)出的水平光線經(jīng)分束鏡 2 ( 一半透過，一半反射)分成兩束，一束透過后，經(jīng)補(bǔ)償鏡3，由平面鏡6’反射返回，再由分束鏡2反射至檢測器4 ；另一束先被分束鏡2反射，然后被平面鏡5’反射返回，再透過分束鏡2至檢測器4。可以看出在分束鏡2與入射光線嚴(yán)格呈45度放置，平面鏡5’和6’與入射光線分別嚴(yán)格呈0度和90度放置時(shí)，被分束鏡2分開的兩束光將能到達(dá)檢測器4的同一個(gè)位置而發(fā)生干涉，若分束鏡2和兩個(gè)反射鏡5’、6’位置有微小偏轉(zhuǎn)，兩束光將到達(dá)檢測器 4的不同位置。一般來說，要求角度偏轉(zhuǎn)小于1角秒，但這是很難滿足的，特別是平面鏡6’ 需要在測量時(shí)勻速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的情況下。圖2是改進(jìn)型邁克爾遜干涉儀的光路原理圖。立體角鏡7和8分別代替了平面鏡 5’和6’。理想的立體角鏡在繞其頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，出射光線與入射光線的角度總能保持180°。 因此當(dāng)可移動(dòng)的動(dòng)立體角鏡8做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)立體角鏡8的旋轉(zhuǎn)將不會(huì)使到檢測器4的光發(fā)生改變。但是，當(dāng)沿垂直于動(dòng)立體角鏡8的光軸方向前后(或上下)平移動(dòng)立體角鏡 8的頂點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)，移動(dòng)后兩路光將會(huì)反射到檢測器4的不同位置。因此改進(jìn)后的紅外光譜干涉儀雖然對(duì)動(dòng)立體角鏡8的轉(zhuǎn)動(dòng)不敏感，但卻變成了對(duì)動(dòng)立體角鏡8頂點(diǎn)的前后(或上下)平移敏感。[0006]本實(shí)用新型提出了一種紅外光譜干涉儀，該干涉儀的獨(dú)特的光路設(shè)計(jì)，使其既不受立體角鏡的角度偏移的影響同時(shí)也不受立體角鏡頂點(diǎn)的位置平移的影響，并且將干涉儀中對(duì)微小位移敏感的器件集中在一個(gè)光學(xué)單體結(jié)構(gòu)內(nèi)，因此抗環(huán)境干擾能力進(jìn)一步增強(qiáng)。 同時(shí)，本實(shí)用新型還提供了一種采用該紅外光譜干涉儀的紅外光譜儀，能夠獲得同樣有益的技術(shù)效果。技術(shù)方案一種紅外光譜干涉儀，其特征在于，包括發(fā)出平行光線的光源(1)，在所述平行光線的前進(jìn)方向上設(shè)置有分束鏡O)，在分束鏡O)的透射光路上依次設(shè)置有補(bǔ)償鏡(3)、可沿其光軸方向移動(dòng)的動(dòng)立體角鏡(8)和固定的第一平面鏡(6)，透射光透過所述補(bǔ)償鏡(3) 經(jīng)動(dòng)立體角鏡(8)反射到第一平面鏡(6)上，所述第一平面鏡(6)將入射光沿原路反射回動(dòng)立體角鏡(8)并進(jìn)一步透過補(bǔ)償鏡C3)返回分束鏡0)，分束鏡( 將其反射至檢測器
(4)；在分束鏡O)的反射光路上依次設(shè)置有固定的定立體角鏡(7)和固定的第二平面鏡
(5)，反射光束經(jīng)定立體角鏡(7)反射到第二平面鏡( 上，所述第二平面鏡( 將入射光線沿原路反射回分束鏡O)并透過分束鏡(2)投射至檢測器；其中的分束鏡O)的鍍有分束膜的面平行于所述第二平面鏡(5)和第一平面鏡(6)構(gòu)成的夾角的角平分線，第二平面鏡( 垂直于定立體角鏡(7)的光軸，第一平面鏡(6)垂直于動(dòng)立體角鏡(8)的光軸， 所述補(bǔ)償鏡C3)平行于所述分束鏡( 設(shè)置，且與所述分束鏡O)同材質(zhì)、等厚度，所述光源(1)的平行光線經(jīng)分束鏡( 后的透射光平行于動(dòng)立體角鏡(8)的光軸，所述光源(1) 的平行光線經(jīng)分束鏡O)的反射光線平行于定立體角鏡(7)的光軸。所述分束鏡O)的鍍有分束膜的面位于第二平面鏡( 和第一平面鏡(6)構(gòu)成的夾角的角平分線上。所述第二平面鏡(5)和第一平面鏡(6)構(gòu)成45° -135°夾角。所述第二平面鏡( 和第一平面鏡(6)構(gòu)成90°或60°的夾角。所述第一平面鏡(6)的一端和第二平面鏡(5)的一端相接，所述第一平面鏡(6) 的遠(yuǎn)離第二平面鏡(5)的另一端位于動(dòng)立體角鏡(8)的光軸上，所述第二平面鏡(5)的遠(yuǎn)離第一平面鏡(6)的另一端位于定立體角鏡(7)的光軸上。用鍍有金屬膜的直角棱鏡(9)取代第二平面鏡( 和第一平面鏡(6)，所述直角棱鏡(9)的兩個(gè)直角面分別相當(dāng)于第一平面鏡(6)和第二平面鏡(5)。還包括有光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)，所述光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)包括有殼體結(jié)構(gòu)和固定在殼體結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述直角棱鏡(9)、所述分束鏡(2)和所述補(bǔ)償鏡(3)。所述光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)還包括立柱(11)和鏡體支撐結(jié)構(gòu)(12)，所述殼體結(jié)構(gòu)包括上頂(1 和下底(14)，所述直角棱鏡(9)通過上頂(1 和下底(14)固定在殼體結(jié)構(gòu)的一端，所述立柱(11)通過上頂(1 和下底(14)固定在殼體結(jié)構(gòu)的相對(duì)的另一端，所述分束鏡(2)和補(bǔ)償鏡(3)固定在鏡體支撐結(jié)構(gòu)(12)上，所述鏡體支撐結(jié)構(gòu)(12)固定在殼體結(jié)構(gòu)內(nèi)并所述分束鏡(2)的鍍有分束膜的面平行于直角棱鏡(9)的兩個(gè)直角面的夾角的角平分線或所述分束鏡( 的鍍有分束膜的面位于直角棱鏡(9)的兩個(gè)直角面的夾角的角平分線上。[0016]所述殼體結(jié)構(gòu)、立柱(11)和鏡體支撐結(jié)構(gòu)(12)采用與所述分束鏡(2)的熱膨脹系數(shù)相近的光學(xué)材料，其中的熱膨脹系數(shù)相近是指熱膨脹系數(shù)的差值小于2. OX IO-6IT1tj還包括干涉儀殼體(15)和直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)，所述光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)、定立體角鏡(7)、動(dòng)立體角鏡(8)和直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)均位于所述干涉儀殼體(15)內(nèi)部，所述直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)立體角鏡(8)沿其光軸方向左右移動(dòng)。所述干涉儀殼體(1 上開有入射光窗口(17)和干涉光窗口(18)，其中所述光源發(fā)出的平行光線通過入射光窗口(17)進(jìn)入干涉儀并投射到光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)的分束鏡 (2)上，干涉光通過干涉光窗口(18)投射到干涉儀殼體(1 外的檢測器(4)上，所述入射光窗口(17)和干涉光窗口(18)上安裝有密封窗片，所述紅外光譜干涉儀還包括HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器和反射鏡，其中HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器的入射口探入干涉儀殼體(巧)內(nèi)部，在HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器的光路上設(shè)置有一個(gè)或若干個(gè)反射鏡將激光反射成與所述光源發(fā)出的平行光線相平行的光路并投射進(jìn)入光學(xué)單體結(jié)構(gòu) (10)的分束鏡(2)上。一種紅外光譜儀，其特征在于，該紅外光譜儀包括上述的紅外光譜干涉儀。技術(shù)效果本實(shí)用新型提供了一種紅外光譜干涉儀，包括有光源、分束鏡、補(bǔ)償鏡、兩個(gè)平面鏡和兩個(gè)立體角鏡以及檢測器，這種特殊的光路設(shè)計(jì)使得無論動(dòng)立體角鏡還是定立體角鏡的角度偏移和頂點(diǎn)的位置平移均不會(huì)影響干涉儀的干涉度，極大地提高了儀器的穩(wěn)定度。分束鏡的鍍有分束膜的面平行第一平面鏡和第二平面鏡構(gòu)成的夾角的平分線。優(yōu)選的情況下，分束鏡的鍍有分束膜的面位于第一平面鏡和第二平面鏡構(gòu)成的夾角的平分線上，這樣能獲得最大的通光孔徑，偏離夾角的平分線越遠(yuǎn)，實(shí)際有效通光孔徑越小，儀器信噪比將越低?？紤]到紅外光譜干涉儀的體積大小，第一平面鏡和第二平面鏡間的夾角要在 45° -135°之間。優(yōu)選地，第一平面鏡和第二平面鏡呈60度或90度夾角，夾角呈90°的紅外光譜干涉儀具有較小的體積，有益于安排紅外光譜儀的光路；夾角呈60°的紅外光譜干涉儀可以更有效的利用分束鏡。進(jìn)一步地，可以采用鍍有金屬膜的直角棱鏡來代替第一平面鏡和第二平面鏡，因?yàn)橹苯抢忡R的兩個(gè)直角面可以精確地保持90度，而且將兩個(gè)器件合成一個(gè)器件，避免了兩個(gè)器件之間的相對(duì)位置竄動(dòng)，同時(shí)成為光學(xué)單體結(jié)構(gòu)的一個(gè)支撐體。優(yōu)選地，將直角棱鏡、分束鏡和補(bǔ)償鏡固定在殼體結(jié)構(gòu)上以形成一光學(xué)單體結(jié)構(gòu)， 使得直角棱鏡、分束鏡和補(bǔ)償鏡之間的相對(duì)位置得到進(jìn)一步固定，使得干涉儀徹底擺脫了對(duì)震動(dòng)的敏感。光學(xué)單體結(jié)構(gòu)的材料要選擇與分束鏡的熱膨脹系數(shù)相近的光學(xué)材料，以保證溫度變化使干涉儀的干涉度不發(fā)生明顯的變化。本實(shí)用新型還提供了一種紅外光譜儀，由于該紅外光譜儀包括了上述的紅外光譜干涉儀，因此具有同樣有益的技術(shù)效果。

圖1為傳統(tǒng)的雙平面反射鏡邁克爾遜干涉儀的光路示意圖；[0029]圖2為改進(jìn)的雙角鏡反射鏡邁克爾遜干涉儀的光路示意圖；圖3為本實(shí)用新型的紅外光譜干涉儀的一種光路示意圖；圖4為本實(shí)用新型的紅外光譜干涉儀的又一種光路示意圖；圖5本實(shí)用新型的紅外光譜干涉儀所用的光學(xué)單體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖6本實(shí)用新型的紅外光譜干涉儀所用的光學(xué)單體結(jié)構(gòu)俯視圖；圖7本實(shí)用新型的紅外光譜干涉儀的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本實(shí)用新型的紅外光譜儀的一種結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記示例如下1-光源，2-分束鏡，3-補(bǔ)償鏡，4-檢測器，5-第二平面鏡，6-第一平面鏡，5 ’、 6’ -平面鏡，7-定立體角鏡，8-動(dòng)立體角鏡，9-直角棱鏡，10-光學(xué)單體結(jié)構(gòu)，11-立柱， 12-鏡體支撐結(jié)構(gòu)，13-上頂，14-下底，15-干涉儀殼體，16-直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)，17-入射光窗口，18-干涉光窗口，19-HeNe激光器，20-第一反射鏡，21-第二反射鏡，22-橢球面光源聚光鏡，23-拋物面準(zhǔn)直鏡，24-拋物面聚焦鏡，25-樣品室，26-樣品架，27-橢球面聚光鏡， 28-光闌，29-處理器。
具體實(shí)施方式
為了使實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例， 對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。實(shí)施例1如圖3所示，為本實(shí)用新型紅外光譜干涉儀的一種光路示意圖，同時(shí)圖3也可以是本實(shí)用新型紅外光譜干涉儀的一種結(jié)構(gòu)示意圖，其包括有能夠發(fā)出平行光線的光源1、與平行光線呈135度角設(shè)置的分束鏡2，在分束鏡2的透射光路上依次設(shè)置有補(bǔ)償鏡3、可沿其自身光軸方向左右移動(dòng)的動(dòng)立體角鏡8、可將動(dòng)立體角鏡8發(fā)射光沿原光路反射回去的固定的第一平面鏡6，在分束鏡2的反射光路上依次設(shè)置有固定的定立體角鏡7和可將定立體角鏡7的發(fā)射光沿原光路反射回去的固定的第二平面鏡5，其中補(bǔ)償鏡3平行于分束鏡2 設(shè)置、且補(bǔ)償鏡3與分束鏡2具有相同的厚度、采用相同的材料。其中光源1發(fā)出的入射平行光線與動(dòng)立體角鏡8的光軸平行，動(dòng)立體角鏡8的光軸與第一平面鏡6垂直，且第一平面鏡6的一端位于動(dòng)立體角鏡8的光軸上，光源1發(fā)出的平行光線經(jīng)分束鏡2的反射光線平行于定立體角鏡7的光軸，定立體角鏡7的光軸與第二平面鏡5垂直，且第二平面鏡5的一端位于定立體角鏡7的光軸上，第一平面鏡6的另一端和第二平面鏡5的另一端相接。其中的分束鏡2的鍍有分束膜的面平行于第二平面鏡5和第一平面鏡6構(gòu)成的夾角的角平分線，優(yōu)選地，分束鏡2的鍍有分束膜的面位于第二平面鏡5和第一平面鏡6構(gòu)成的夾角的角平分線上。本實(shí)施例中的紅外光譜干涉儀的工作過程如下從光源1發(fā)出的平行光線經(jīng)分束鏡2 ( 一半透過，一半反射)分成兩束，一束透過后，經(jīng)補(bǔ)償鏡3，被立體角鏡8反射到第一平面鏡6上，再由第一平面鏡6沿原光路反射返回，后由分束鏡2反射至檢測器4 ；另一束先被分束鏡2反射，然后被定立體角鏡7反射到第二平面鏡5，由第二平面鏡5沿原光路反射返回，再透過分束鏡2至檢測器4。這樣，在檢測器4上得到了相干光。當(dāng)動(dòng)立體角鏡8離
8開零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)L時(shí)，產(chǎn)生光程差為χ = 4L。可以看出當(dāng)定立體角鏡7或動(dòng)立體角鏡8繞角鏡頂點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，只要保證光線仍在角鏡的視場范圍內(nèi)，光線到達(dá)檢測器4的方向和位置都不會(huì)有任何改變，因此也不會(huì)影響干涉儀的效果。以動(dòng)立體角鏡8為例來考察立體角鏡的前后和上下平移對(duì)紅外光譜干涉儀的影響。當(dāng)動(dòng)立體角鏡8沿垂直于立體角鏡8的光軸方向朝定立體角鏡7移動(dòng)時(shí)，只要保證光線仍在動(dòng)立體角鏡8的視場范圍內(nèi)就不會(huì)影響紅外光譜干涉儀的效果。當(dāng)動(dòng)立體角鏡8往相反的方向移動(dòng)時(shí)，靠近動(dòng)立體角鏡8光軸的一小部分光線將不通過第一平面鏡6而直接返回到分束鏡2，這一部分光線將因此不再發(fā)生干涉現(xiàn)象。因此總的干涉信號(hào)強(qiáng)度會(huì)有輕微降低，但這種降低和圖2中紅外光譜干涉儀因平移引起干涉度的降低是有本質(zhì)差異的， 兩者的降低會(huì)相差1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。而且只要適當(dāng)縮小入射光的孔徑，在動(dòng)立體角鏡8的光軸邊緣留出適當(dāng)?shù)挠嗔浚瑒?dòng)立體角鏡8的微小偏移就不會(huì)影響紅外光譜干涉儀的干涉效果了。同理，當(dāng)動(dòng)立體角鏡8上下移動(dòng)時(shí)，只要保證光線仍在動(dòng)立體角鏡8的視場范圍內(nèi)，就不會(huì)影響紅外光譜干涉儀的效果。綜上，本實(shí)用新型的紅外光譜干涉儀中動(dòng)立體角鏡8和定立體角鏡7的輕微位置變化和角度的偏移不會(huì)影響干涉儀的干涉度，大大提高了儀器的穩(wěn)定度，使得干涉儀具備抗環(huán)境振動(dòng)干擾的特性。但第二平面鏡5和第一平面鏡6以及分束鏡2的相對(duì)位置對(duì)干涉度的影響依然相當(dāng)大。為此我們提出了一種光學(xué)單體結(jié)構(gòu)，使紅外光譜干涉儀徹底擺脫了對(duì)震動(dòng)的敏感，見實(shí)施例3。另外，第一平面鏡6的遠(yuǎn)離第二平面鏡5的一端位于動(dòng)立體角鏡8的光軸上，同時(shí)第二平面鏡5的遠(yuǎn)離第一平面鏡6的一端位于定立體角鏡7的光軸上，這樣設(shè)置的目的在于使通光面最大。在本實(shí)施例中，第一平面鏡6和第二平面鏡5之間的夾角為90度，在此光路的情況下，紅外光譜干涉儀的體積較小。但根據(jù)實(shí)際工況，第一平面鏡6和第二平面鏡5之間的夾角在45° -135°時(shí)，紅外光譜干涉儀的體積均可以接受。在第一平面鏡6和第二平面鏡 5之間的夾角小于等于45°或大于等于135°時(shí)，相應(yīng)的紅外光譜干涉儀的體積較大，不太適于普通的紅外光譜儀，可能會(huì)在特殊用途的紅外光譜儀上使用。實(shí)施例2圖4為本實(shí)用新型的紅外光譜干涉儀的又一種光路示意圖；同時(shí)圖4也可以是本實(shí)用新型紅外光譜干涉儀的又一種結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，第一平面鏡6和第二平面鏡5之間的夾角為60度，此時(shí)，分束鏡2與入射平行光線呈120度角設(shè)置。定立體角鏡7的光軸垂直第二平面鏡5且通過第二平面鏡5的邊緣，動(dòng)立體角鏡8的光軸垂直第一平面鏡6且通過第一平面鏡6的邊緣。夾角呈60度的結(jié)構(gòu)有利于分束鏡2的利用，可以計(jì)算出在同樣大小的分束鏡2的情況下，60度的結(jié)構(gòu)時(shí)有較大的通光孔徑，但紅外光譜儀的其它器件布局要困難一點(diǎn)，儀器的體積會(huì)偏大。實(shí)施例3 實(shí)施例1中的紅外光譜干涉儀中動(dòng)立體角鏡8和定立體角鏡7的輕微位置變化和角度的偏移不會(huì)影響干涉儀的干涉度，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，已經(jīng)大大提高了紅外光譜干涉儀的穩(wěn)定度。但分束鏡2的鍍有分束膜的面必須嚴(yán)格的平行于第二平面鏡5和第一平面鏡6 夾角的角平分線，誤差一般應(yīng)在1-5個(gè)角秒以內(nèi)，相對(duì)位置變化對(duì)干涉度的影響依然相當(dāng)大。為此，本實(shí)施例提出了一種光學(xué)單體結(jié)構(gòu)，使第一平面鏡6、第二平面鏡5和分束鏡2的相對(duì)位置得到固定，使紅外光譜干涉儀徹底擺脫了對(duì)震動(dòng)的敏感，圖5和圖6分別為該光學(xué)單體結(jié)構(gòu)10的側(cè)視圖和俯視圖。如圖所示，光學(xué)單體結(jié)構(gòu)10包括有殼體結(jié)構(gòu)和固定在殼體結(jié)構(gòu)內(nèi)的分束鏡2、補(bǔ)償鏡3、鍍有金屬膜的直角棱鏡9，這里的殼體結(jié)構(gòu)是由上頂13和下底14組成的。其中，鍍有金屬膜的直角棱鏡9 (通常鍍有鋁膜、金膜或銀膜)的兩個(gè)直角面分別相當(dāng)于第一平面鏡 6和第二平面鏡5，用一個(gè)直角棱鏡9來代替兩個(gè)平面鏡的目的在于用一個(gè)光學(xué)器件來代替兩個(gè)光學(xué)器件，簡化結(jié)構(gòu)的同時(shí)，最重要的是有利于固定第一平面鏡6、第二平面鏡5和分束鏡2的相對(duì)位置關(guān)系。直角棱鏡9分別垂直于上頂13和下底14且固定在上頂13和下底14之間，直角棱鏡9位于殼體結(jié)構(gòu)的一端，在殼體結(jié)構(gòu)的另一端固定有一立柱11，該立柱11同樣固定在上頂13和下底14之間，使得上頂13、下底14、立柱11和直角棱鏡9組成一穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)。分束鏡2和補(bǔ)償鏡3先固定在鏡體支撐結(jié)構(gòu)12上，然后通過鏡體支撐結(jié)構(gòu)12固定在殼體結(jié)構(gòu)內(nèi)使得分束鏡2、補(bǔ)償鏡3和鏡體支撐結(jié)構(gòu)12嵌入框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，同時(shí)確保分束鏡2的鍍有分束膜的面精確地位于直角棱鏡9的兩個(gè)直角面的角平分線上(當(dāng)然，分束鏡2的鍍有分束膜的面平行于直角棱鏡9的兩個(gè)直角面的角平分線即可)。這樣， 分束鏡2、補(bǔ)償鏡3、直角棱鏡9 (第一平面鏡6和第二平面鏡幻組成了一整體結(jié)構(gòu)，以保證了三者之間的相對(duì)位置關(guān)系，進(jìn)一步提高了紅外光譜干涉儀的穩(wěn)定度。進(jìn)一步地，光學(xué)單體結(jié)構(gòu)10的殼體結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)(立柱11和鏡體支撐結(jié)構(gòu)12) 均采用與分束鏡2的熱膨脹系數(shù)相近的光學(xué)材料，在熱膨脹系數(shù)的差值小于2. OX ΙΟ—6 —1) 時(shí)為宜，以保證溫度變化時(shí)紅外光譜干涉儀的干涉度不發(fā)生明顯的變化。實(shí)施例4如圖7所示為本實(shí)用新型紅外光譜干涉儀的一個(gè)實(shí)際結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例包含了實(shí)施例1的光路結(jié)構(gòu)和實(shí)施例3的光學(xué)單體結(jié)構(gòu)10，同時(shí)由于干涉儀的分束鏡2對(duì)濕度相當(dāng)敏感，本實(shí)施例中示出了一個(gè)密封的干涉儀殼體15，干涉儀殼體15開設(shè)有入射光窗口 17和干涉光窗口 18，內(nèi)設(shè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)立體角鏡8的直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)16，以及用于電機(jī)控制和采樣信號(hào)的HeNe激光器19。實(shí)施例3中的光學(xué)單體結(jié)構(gòu)10、以及定立體角鏡7、動(dòng)立體角鏡8 均安裝在干涉儀殼體15內(nèi)部，同時(shí)直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)16和兩個(gè)反射鏡20、21也安裝在干涉儀殼體15內(nèi)部。其中，光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直后通過入射光窗口 17進(jìn)入干涉儀殼體15內(nèi)并投射到光學(xué)單體結(jié)構(gòu)10的分束鏡2上，經(jīng)立體角鏡和平面鏡返回分束鏡2的兩束光經(jīng)干涉光窗口 18射出干涉儀殼體15，入射光窗口 17和干涉光窗口 18上均安裝有密封窗片；直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)16用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)立體角鏡8沿其光軸方向左右移動(dòng)；HeNe激光器19的入射口探入干涉儀殼體15內(nèi)部，進(jìn)入干涉儀殼體15內(nèi)的HeNe激光經(jīng)第一反射鏡20和第二反射鏡21的反射，與從入射光窗口 17進(jìn)入的入射光相平行并進(jìn)入光學(xué)單體結(jié)構(gòu)10內(nèi)投射到分束鏡2 上。光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直后通過入射光窗口 17進(jìn)入干涉儀殼體15后投射到光學(xué)單體結(jié)構(gòu)10的分束鏡2上，分束鏡2將其分成兩束光一束反射光、一束透射光，反射光經(jīng)定立體角鏡7反射到直角棱鏡9的直角面上，再由直角棱鏡9的直角面沿原光路將其反射回定立體角鏡7上，最后反射回分束鏡2后并透過分束鏡2經(jīng)干涉光窗口 18投射到干涉儀殼體 15外的檢測器4上；分束鏡2分成的透射光經(jīng)補(bǔ)償鏡3、動(dòng)立體角鏡8反射到直角棱鏡9的另一直角面上，再由直角棱鏡9的另一直角面沿原光路將其反射回動(dòng)立體角鏡8上，后經(jīng)補(bǔ)償鏡3返回分束鏡2后，經(jīng)分束鏡2反射并通過干涉光窗口 18投射到干涉儀殼體15外的檢測器4上。兩束從干涉光窗口 18射出的光束射向檢測器4發(fā)生干涉，在上述過程中，直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)16沿其光軸方向不斷地驅(qū)動(dòng)動(dòng)立體角鏡8往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以改變兩光束經(jīng)過的光程差， 從而形成干涉圖，干涉圖經(jīng)檢測器4檢測后做傅立葉反變換即可得到光譜圖。這里的HeNe 激光器19產(chǎn)生的單色光波，經(jīng)第一反射鏡20和第二反射鏡21后進(jìn)入光學(xué)單體結(jié)構(gòu)10的分束鏡2，并經(jīng)上述同樣的過程產(chǎn)生兩束光束并發(fā)生干涉，通過HeNe激光器19所得到的干涉圖主要用于直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)16的控制、移動(dòng)距離的標(biāo)定和采樣。除HeNe激光器19外，所有器件均封裝在密封的干涉儀殼體15內(nèi)，使其擺脫了對(duì)潮濕的敏感。這里的HeNe激光器19可以用半導(dǎo)體激光器來替代，但從性能方面看，HeNe激光器19比半導(dǎo)體激光器要穩(wěn)定。實(shí)施例5如圖8所示，為包含有實(shí)施例4中的紅外光譜干涉儀的紅外光譜儀的一種結(jié)構(gòu)示意圖。紅外光源1發(fā)出的紅外光，經(jīng)橢球面光源聚光鏡22匯聚到孔徑光闌觀，孔徑光闌28 根據(jù)測量光譜分辨率的需要，保留適當(dāng)大小的光斑，透過光闌觀的紅外光經(jīng)拋物面準(zhǔn)直鏡 23準(zhǔn)直后進(jìn)入實(shí)施例4中所述的紅外光譜干涉儀內(nèi)，被紅外光譜干涉儀產(chǎn)生干涉，并被紅外光譜干涉儀的動(dòng)立體角鏡8調(diào)制，干涉調(diào)制后的光線經(jīng)拋物面聚焦鏡M聚焦到樣品室25 內(nèi)的放在樣品架沈上的樣品上，并透過樣品，攜帶樣品的吸收光譜信息，透過樣品的紅外光經(jīng)橢球面聚光鏡27聚焦到檢測器4上，由檢測器4檢測出干涉圖并傳送給處理器四，處理器四進(jìn)行傅立葉反變換的數(shù)學(xué)處理，將干涉圖還原成光譜圖。
權(quán)利要求1.一種紅外光譜干涉儀，其特征在于，包括發(fā)出平行光線的光源(1)，在所述平行光線的前進(jìn)方向上設(shè)置有分束鏡O)，在分束鏡O)的透射光路上依次設(shè)置有補(bǔ)償鏡(3)、可沿其光軸方向移動(dòng)的動(dòng)立體角鏡(8)和固定的第一平面鏡(6)，透射光透過所述補(bǔ)償鏡(3)經(jīng)動(dòng)立體角鏡(8)反射到第一平面鏡(6)上，所述第一平面鏡(6)將入射光沿原路反射回動(dòng)立體角鏡(8)并進(jìn)一步透過補(bǔ)償鏡( 返回分束鏡O)，分束鏡( 將其反射至檢測器； 在分束鏡( 的反射光路上依次設(shè)置有固定的定立體角鏡(7)和固定的第二平面鏡(5)，反射光束經(jīng)定立體角鏡(7)反射到第二平面鏡( 上，所述第二平面鏡( 將入射光線沿原路反射回分束鏡( 并透過分束鏡( 投射至檢測器；其中的分束鏡O)的鍍有分束膜的面平行于所述第二平面鏡(5)和第一平面鏡(6)構(gòu)成的夾角的角平分線，第二平面鏡 (5)垂直于定立體角鏡(7)的光軸，第一平面鏡(6)垂直于動(dòng)立體角鏡(8)的光軸，所述補(bǔ)償鏡C3)平行于所述分束鏡( 設(shè)置，且與所述分束鏡O)同材質(zhì)、等厚度，所述光源(1) 的平行光線經(jīng)分束鏡( 后的透射光平行于動(dòng)立體角鏡(8)的光軸，所述光源(1)的平行光線經(jīng)分束鏡O)的反射光線平行于定立體角鏡(7)的光軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，所述分束鏡( 的鍍有分束膜的面位于第二平面鏡(5)和第一平面鏡(6)構(gòu)成的夾角的角平分線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，所述第二平面鏡( 和第一平面鏡(6)構(gòu)成45° -135°夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，所述第二平面鏡( 和第一平面鏡(6)構(gòu)成45° -135°夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，所述第二平面鏡( 和第一平面鏡(6)構(gòu)成90°或60°的夾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，所述第二平面鏡( 和第一平面鏡(6)構(gòu)成90°或60°的夾角。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6之一所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，所述第一平面鏡(6)的一端和第二平面鏡(5)的一端相接，所述第一平面鏡(6)的遠(yuǎn)離第二平面鏡(5)的另一端位于動(dòng)立體角鏡(8)的光軸上，所述第二平面鏡(5)的遠(yuǎn)離第一平面鏡(6)的另一端位于定立體角鏡(7)的光軸上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，用鍍有金屬膜的直角棱鏡(9) 取代第二平面鏡( 和第一平面鏡(6)，所述直角棱鏡(9)的兩個(gè)直角面分別相當(dāng)于第一平面鏡(6)和第二平面鏡(5)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，還包括有光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)， 所述光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)包括有殼體結(jié)構(gòu)和固定在殼體結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述直角棱鏡(9)、所述分束鏡(2)和所述補(bǔ)償鏡(3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，所述光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)還包括立柱(11)和鏡體支撐結(jié)構(gòu)(12)，所述殼體結(jié)構(gòu)包括上頂(13)和下底(14)，所述直角棱鏡(9)通過上頂(1 和下底(14)固定在殼體結(jié)構(gòu)的一端，所述立柱(11)通過上頂(13) 和下底(14)固定在殼體結(jié)構(gòu)的相對(duì)的另一端，所述分束鏡( 和補(bǔ)償鏡C3)固定在鏡體支撐結(jié)構(gòu)(12)上，所述鏡體支撐結(jié)構(gòu)(12)固定在殼體結(jié)構(gòu)內(nèi)并所述分束鏡O)的鍍有分束膜的面平行于直角棱鏡(9)的兩個(gè)直角面的夾角的角平分線或所述分束鏡( 的鍍有分束膜的面位于直角棱鏡(9)的兩個(gè)直角面的夾角的角平分線上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，所述殼體結(jié)構(gòu)、立柱(11)和鏡體支撐結(jié)構(gòu)(12)采用與所述分束鏡(2)的熱膨脹系數(shù)相近的光學(xué)材料，其中的熱膨脹系數(shù)相近是指熱膨脹系數(shù)的差值小于2. OX IO-6IT1tj
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，還包括干涉儀殼體(15)和直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)，所述光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)、定立體角鏡(7)、動(dòng)立體角鏡(8)和直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)均位于所述干涉儀殼體(15)內(nèi)部，所述直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)立體角鏡 (8)沿其光軸方向左右移動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，還包括干涉儀殼體(15)和直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)，所述光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)、定立體角鏡(7)、動(dòng)立體角鏡(8)和直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)均位于所述干涉儀殼體(15)內(nèi)部，所述直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)立體角鏡 (8)沿其光軸方向左右移動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，還包括干涉儀殼體(15)和直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)，所述光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)、定立體角鏡(7)、動(dòng)立體角鏡(8)和直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)均位于所述干涉儀殼體(15)內(nèi)部，所述直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)立體角鏡 (8)沿其光軸方向左右移動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，所述干涉儀殼體(15)上開有入射光窗口(17)和干涉光窗口(18)，其中所述光源發(fā)出的平行光線通過入射光窗口(17)進(jìn)入干涉儀并投射到光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)的分束鏡(2)上，干涉光通過干涉光窗口 (18)投射到干涉儀殼體(1 外的檢測器(4)上，所述入射光窗口(17)和干涉光窗口(18) 上安裝有密封窗片，所述紅外光譜干涉儀還包括HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器和反射鏡，其中HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器的入射口探入干涉儀殼體(1 內(nèi)部，在HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器的光路上設(shè)置有一個(gè)或若干個(gè)反射鏡將激光反射成與所述光源發(fā)出的平行光線相平行的光路并投射進(jìn)入光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)的分束鏡(2)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，所述干涉儀殼體(15)上開有入射光窗口(17)和干涉光窗口(18)，其中所述光源發(fā)出的平行光線通過入射光窗口(17)進(jìn)入干涉儀并投射到光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)的分束鏡(2)上，干涉光通過干涉光窗口 (18)投射到干涉儀殼體(1 外的檢測器(4)上，所述入射光窗口(17)和干涉光窗口(18) 上安裝有密封窗片，所述紅外光譜干涉儀還包括HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器和反射鏡，其中HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器的入射口探入干涉儀殼體(1 內(nèi)部，在HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器的光路上設(shè)置有一個(gè)或若干個(gè)反射鏡將激光反射成與所述光源發(fā)出的平行光線相平行的光路并投射進(jìn)入光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)的分束鏡(2)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的紅外光譜干涉儀，其特征在于，所述干涉儀殼體(15)上開有入射光窗口(17)和干涉光窗口(18)，其中所述光源發(fā)出的平行光線通過入射光窗口(17)進(jìn)入干涉儀并投射到光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)的分束鏡(2)上，干涉光通過干涉光窗口 (18)投射到干涉儀殼體(1 外的檢測器(4)上，所述入射光窗口(17)和干涉光窗口(18) 上安裝有密封窗片，所述紅外光譜干涉儀還包括HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器和反射鏡，其中HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器的入射口探入干涉儀殼體(1 內(nèi)部，在HeNe激光器(19)或半導(dǎo)體激光器的光路上設(shè)置有一個(gè)或若干個(gè)反射鏡將激光反射成與所述光源發(fā)出的平行光線相平行的光路并投射進(jìn)入光學(xué)單體結(jié)構(gòu)(10)的分束鏡(2)上。
18. —種紅外光譜儀，其特征在于，該紅外光譜儀包括所述權(quán)利要求1-17之一所述的紅外光譜干涉儀。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種紅外光譜干涉儀，包括發(fā)出平行光線的光源，在平行光線的前進(jìn)方向上設(shè)置有分束鏡，在分束鏡的透射光路上依次設(shè)置有補(bǔ)償鏡、動(dòng)立體角鏡和第一平面鏡；在分束鏡的反射光路上依次設(shè)置有定立體角鏡和第二平面鏡；其中的分束鏡的鍍有分束膜的面平行于所述第二平面鏡和第一平面鏡構(gòu)成的夾角的角平分線，第二平面鏡垂直于定立體角鏡的光軸，第一平面鏡垂直于動(dòng)立體角鏡的光軸。該干涉儀的獨(dú)特的光路設(shè)計(jì)，使其既不受立體角鏡的角度偏移的影響同時(shí)也不受立體角鏡頂點(diǎn)的位置平移的影響，因此抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)。同時(shí)，本實(shí)用新型還提供了一種采用該紅外光譜干涉儀的紅外光譜儀，能夠獲得同樣有益的技術(shù)效果。
文檔編號(hào)G01J3/45GK202229843SQ20112035979
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者吳瓊水, 張新民, 曾立波 申請(qǐng)人:北京華夏科創(chuàng)儀器技術(shù)有限公司