一種近紅外偏振干涉光譜儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種近紅外偏振干涉光譜儀。包括沿光路方向依次設(shè)置的光源組、準(zhǔn)直離軸拋物面鏡、第一冷光鏡、起偏棱鏡、補償晶體、掃描光楔組件、檢偏棱鏡、第二冷光鏡、會聚離軸拋物面鏡和探測器；光源組包括通過單模光纖直接耦合輸出的鹵鎢燈和用于發(fā)射標(biāo)定光源的He-Ne激光器；探測器包括硅探測器和InGaAs探測器。本實用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單的近紅外偏振光干涉光譜儀。
【專利說明】一種近紅外偏振干涉光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光學(xué)儀器領(lǐng)域，涉及近紅外光譜技術(shù)，特別涉及一種近紅外偏振干涉光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]近紅外光譜(780?2526nm)是由于分子振動的非諧振性使分子振動從基態(tài)向高能級躍遷時產(chǎn)生的，記錄的主要是含氫基團C 一 H、0 — H、N — H等振動的倍頻和合頻吸收，不同基團或同一基團在不同化學(xué)環(huán)境中的近紅外吸收波長與強度都有明顯差別，所以近紅外光譜包含了豐富的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和成分信息。通過近紅外光譜儀、化學(xué)計量軟件和計算模型的有機結(jié)合可以快速、準(zhǔn)確地對物質(zhì)(包括固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài))進行定量測試和分析。近紅外光譜分析技術(shù)的核心是光譜儀，研究可靠、便攜并且適用于在線分析和過程控制的新型光譜儀具有重要的理論和工程意義。目前，商業(yè)化的近紅外光譜儀主要以邁克遜干涉儀和光柵為主要分光部件。邁克遜干涉光譜儀技術(shù)成熟，具有高通量、高分辨率等優(yōu)點，但是其本身采用雙支路結(jié)構(gòu)且存在運動平面鏡使得邁克爾遜干涉儀對外界振動非常敏感，對使用環(huán)境的要求過于苛刻，往往需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取大量防震措施，致使整個系統(tǒng)過于龐大和復(fù)雜，因此價格昂貴、維護和使用成本也非常高，不利于近紅外光譜分析技術(shù)在過程控制和在線測量中大規(guī)模應(yīng)用。光柵光譜儀因為狹縫的存在，而導(dǎo)致光通量不足。
實用新型內(nèi)容
[0003]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種能有效降低維護和使用成本并且結(jié)構(gòu)簡單的一種近紅外偏振干涉光譜儀。
[0004]本實用新型的技術(shù)解決方案為:一種近紅外偏振干涉光譜儀，其特殊之處在于:包括沿光路方向依次設(shè)置的光源組、準(zhǔn)直離軸拋物面鏡、第一冷光鏡、起偏棱鏡、補償晶體、掃描光楔組件、檢偏棱鏡、第二冷光鏡、會聚離軸拋物面鏡和探測器；
[0005]上述光源組包括通過單模光纖直接耦合輸出的鹵鎢燈和用于發(fā)射標(biāo)定光源的He-Ne激光器；
[0006]上述探測器包括硅探測器和InGaAs探測器；
[0007]上述鹵鎢燈發(fā)出的寬光譜近紅外光束由準(zhǔn)直離軸拋物面鏡準(zhǔn)直成為平行光并通過第一冷光鏡與He-Ne激光器所發(fā)出的光束匯合；匯合后的光束沿光路方向依次通過起偏棱鏡、補償晶體、掃描光楔組件、檢偏棱鏡；其中近紅外光束通過第二冷光鏡讓近紅外光束透射，由會聚離軸拋物面鏡會聚，經(jīng)寬通濾光片后由InGaAs探測器接受并處理；He-Ne激光器所發(fā)射的光束通過第二冷光鏡反射至窄帶濾光片后，由硅探測器接收并處理。
[0008]上述He-Ne激光器為發(fā)射光束波長為632.8nm的激光器。
[0009]上述第一冷光鏡、第二冷光鏡的表面均鍍有分光膜；
[0010]上述準(zhǔn)直離軸拋物面鏡和會聚離軸拋物面鏡的離軸角均為90°，并在通光面上鍍有反射膜；[0011 ] 上述掃描光楔組件包括固定光楔和用于改變掃描光楔沿光軸方向的厚度的移動光楔。
[0012]本實用新型的有益效果為:本實用新型是一種結(jié)構(gòu)簡單的近紅外偏振光干涉光譜儀，該光譜儀鹵鎢燈為近紅外光源，以偏振光干涉結(jié)合傅里葉變換原理，實現(xiàn)單一光路的光譜儀，因此抗震性和工藝性得到顯著增強。因其結(jié)構(gòu)簡單，有利于實現(xiàn)小型化和輕量化，非常適合用于復(fù)雜的工業(yè)和野外環(huán)境，為其在過程控制和在線測量中的應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。
[0013]綜合運用寬光譜光纖稱合齒鶴燈、離軸拋物面鏡、冷光鏡、雙折射晶體和掃描光楔等新器件、新技術(shù)實現(xiàn)了近紅外偏振干涉光譜儀設(shè)計。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]其中:1-鹵鎢燈，2-準(zhǔn)直離軸拋物面鏡，3-第一冷光鏡，4-He-Ne激光器，5-起偏棱鏡，6-補償晶體，7-掃描光楔組件，7-1固定光楔，7-2移動光楔，8-檢偏棱鏡，9-第二冷光鏡，10-會聚離軸拋物面鏡，11-窄帶濾光片，12-寬通濾光片，13-硅探測器，14-1nGaAs探測器。
【具體實施方式】
[0016]參見圖1，一種近紅外偏振干涉光譜儀，包括沿光路方向依次設(shè)置的光源組、準(zhǔn)直離軸拋物面鏡2、第一冷光鏡3、起偏棱鏡5、補償晶體6、掃描光楔組件7、檢偏棱鏡8、第二冷光鏡9、會聚離軸拋物面鏡10和探測器；光源組包括通過單模光纖直接耦合輸出的鹵鎢燈I和用于發(fā)射標(biāo)定光源的He-Ne激光器4 ;探測器包括硅探測器13和InGaAs探測器14 ；鹵鎢燈I發(fā)出的寬光譜近紅外光束由準(zhǔn)直離軸拋物面鏡2準(zhǔn)直成為平行光并通過第一冷光鏡3與He-Ne激光器4所發(fā)出的光束匯合；匯合后的光束沿光路方向依次通過起偏棱鏡5、補償晶體6、掃描光楔組件7、檢偏棱鏡8 ;其中近紅外光束通過第二冷光鏡9讓近紅外光束透射，由會聚離軸拋物面鏡10會聚，經(jīng)寬通濾光片12后由InGaAs探測器14接受并處理；He-Ne激光器4所發(fā)射的光束通過第二冷光鏡9反射至窄帶濾光片12后，由硅探測器13接收并處理；He-Ne激光器4為發(fā)射光束波長為632.8nm的激光器。第一冷光鏡3、第二冷光鏡9的表面均鍍有分光膜；準(zhǔn)直離軸拋物面鏡和會聚離軸拋物面鏡的離軸角均為90°，并在通光面上鍍有反射膜。掃描光楔組件7包括固定光楔7-1和用于改變掃描光楔沿光軸方向的厚度的移動光楔7-2。
[0017]本實用新型所涉及的近紅外光譜儀是一種適用于近紅外光譜波段的光譜測試設(shè)備。基于偏振光干涉和傅里變換原理，結(jié)合化學(xué)計量軟件、計算模型可以快速、準(zhǔn)確地對物質(zhì)進行非接觸式定量測試和分析。
[0018]一種近紅外偏振干涉光譜儀，沿光路方向依次近紅外光源、He-Ne激光器、冷光鏡A、準(zhǔn)直離軸拋物面鏡、起偏棱鏡、補償晶體、掃描光楔、檢偏棱鏡、冷光鏡B、會聚離軸拋物面鏡、探測器。
[0019]光源包含鹵鎢燈I和He-Ne激光器4兩種，其中鹵鎢燈為寬光譜近紅外光源，其光譜范圍為通過單模光纖直接I禹合輸出以便于準(zhǔn)直。He-Ne激光器為標(biāo)定光源,其波長為632.8nm。
[0020]準(zhǔn)直離軸拋物面鏡2的口徑為Φ 25.4mm,離軸角為90 °，是將鹵鎢燈I光纖耦合輸出端位于離軸拋物面鏡的前焦點，將所發(fā)出的寬光譜近紅外光束準(zhǔn)直成為平行光。
[0021 ] 冷光鏡A3為平面石英玻璃，其表面鍍有特殊膜層，且與Y軸呈順時針45 °角，可將紅外光透過而可見光反射，使近紅外光束和632.8nm激光合束和分束,使兩種光源實現(xiàn)同軸。
[0022]起偏棱鏡5的光軸方向與X軸呈順時針45°角，通光口徑為Φ25.4mm，將入射的近紅外平行光和632.8nm激光同時轉(zhuǎn)換為線偏振光。
[0023]補償晶體6將起偏棱鏡所獲的線偏振光分解成兩束振動方向相互垂直,存在固定相位差的線偏振光，其光軸方向與Y方向平行。
[0024]掃描光楔7由兩只傾斜角30°傾角的晶體光楔組成，其中一只固定不動，另一只可借助運動機構(gòu)沿著其斜邊方向移動，通過移動使掃描光楔沿光軸方向的厚度不斷地改變。晶體光軸方向與X軸平行。
[0025]檢偏棱鏡8與起偏棱鏡5米用同一規(guī)格的器件,光軸擺放方向與起偏棱鏡5呈90。。
[0026]冷光鏡B9與冷光鏡A3規(guī)格和性能一致，其入射表面與光軸呈逆時針45°角。光束入射后，讓近紅外光透射，并由會聚離軸拋物面鏡10會聚，之后通過帶通濾光片12，該濾光片為Φ16πιπι平面玻璃，使800?1700nm光透過，最終由InGaAs探測器14接收并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。632.8nm光則經(jīng)冷光鏡B9反射至632.8nm窄帶濾光片11，并由硅探測器13接收轉(zhuǎn)換為電信號。
[0027]硅探測器13和InGaAs探測器14所產(chǎn)生的電信號采用USB數(shù)據(jù)采集卡進行采集。硅探測器上接收的是632.Snm單色光，隨著掃描光楔7的掃描，按時間序列呈周期性變化，每到零點時則觸發(fā)USB數(shù)據(jù)采集卡采集InGaAs探測器14上所產(chǎn)生的電信號，并將掃描過程中的時間波形傳輸?shù)接嬎阒校捎嬎銠C對波形進行傅里葉變換，從而得到光譜圖樣。
[0028]為了便于對近紅外光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的安裝固定和調(diào)節(jié)，設(shè)置了相應(yīng)的機械結(jié)構(gòu)。
[0029]鹵鎢燈I經(jīng)單模光纖耦合由采用螺紋固定光纖支架15的光纖頭16輸出近紅外光譜。準(zhǔn)直離軸拋物面鏡2通過卡口固定于準(zhǔn)直鏡調(diào)節(jié)架17上，可實現(xiàn)二維調(diào)節(jié)。冷光鏡A3置于冷光鏡鏡座18的相應(yīng)凹槽內(nèi)，兩側(cè)用壓塊擰緊固定。He-Ne激光器4采用螺紋固定于激光器支架19上，保證其光軸與主光軸垂直且位于同一平面。起偏棱鏡5通過螺紋連接在起偏棱鏡調(diào)節(jié)架21上，該調(diào)節(jié)架可實現(xiàn)起偏棱鏡5沿其光軸進行精確的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍達360°，并有刻度顯示。補償晶體6通過邊緣粘硅膠固定于補償晶體調(diào)節(jié)架22內(nèi)鏡槽內(nèi)，該調(diào)節(jié)架可實現(xiàn)起偏棱鏡5沿其光軸進行精確的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍達360°，具有刻度顯示功能。掃描光楔7，由固定光楔7-2和移動光楔7-1組成，固定光楔7-2通過壓塊24固定于固定光楔座23上。移動光楔通過壓塊26固定于移動光楔支架25上。移動光楔支架25上通過螺釘固定于電控位移臺20上，隨著電控平移平臺7的往返移動，移動光楔7-1可沿其斜邊反復(fù)運動，從而使掃描光楔7沿光軸方向的厚度產(chǎn)生變化，實現(xiàn)光譜掃描。檢偏棱鏡調(diào)節(jié)架27之后，冷光鏡置于冷光鏡鏡座28的凹槽內(nèi)并用小壓板側(cè)壓。冷光鏡與光軸呈45°角，可使632.8nm光反射至硅探測器13，為了濾除雜散光，632.8nmll窄帶濾光片通過光敏膠粘合于硅探測器的通光窗口上，然后采用螺紋固定于硅探測器固定架31上。冷光鏡B9使近紅外光透過，經(jīng)過石英樣品池29，樣品池具有良好的透過性，可以用于呈放液體實測樣品。光束透過后，再由卡口固定于會聚鏡調(diào)節(jié)架30內(nèi)的會聚離軸拋物面鏡10會聚，由于會聚離軸拋物面鏡的離軸角為90°，故能使光束經(jīng)反射后實現(xiàn)90°的偏折，并透過寬通濾光片12會聚到InGaAs探測器14上，InGaAs探測器將近紅外光通過光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號。其中寬通濾光片米用光敏膠粘合于InGaAs探測器前段的透光窗口上。InGaAs探測器采用螺紋固定于InGaAs探測器固定架32上。
[0030]光纖支架15，準(zhǔn)直鏡調(diào)節(jié)架17，冷光鏡鏡座18，激光器支架19，電控位移臺20，起偏棱鏡調(diào)節(jié)架21，補償晶體調(diào)節(jié)架22，固定光楔座23，移動光楔支架25，冷光鏡鏡座28，石英樣品池29，會聚鏡調(diào)節(jié)架30，硅探測器固定架31和InGaAs探測器固定架32均采用螺釘固定于上。通過M6螺釘35采用外罩34固定于基板33上，實現(xiàn)系統(tǒng)保護和雜散光屏弊，并預(yù)留數(shù)據(jù)和電源接口。
【權(quán)利要求】
1.一種近紅外偏振干涉光譜儀，其特征在于:包括沿光路方向依次設(shè)置的光源組、準(zhǔn)直離軸拋物面鏡、第一冷光鏡、起偏棱鏡、補償晶體、掃描光楔組件、檢偏棱鏡、第二冷光鏡、會聚離軸拋物面鏡和探測器； 所述光源組包括通過單模光纖直接耦合輸出的鹵鎢燈和用于發(fā)射標(biāo)定光源的He-Ne激光器； 所述探測器包括硅探測器和InGaAs探測器； 所述鹵鎢燈發(fā)出的寬光譜近紅外光束由準(zhǔn)直離軸拋物面鏡準(zhǔn)直成為平行光并通過第一冷光鏡與He-Ne激光器所發(fā)出的光束匯合；匯合后的光束沿光路方向依次通過起偏棱鏡、補償晶體、掃描光楔組件、檢偏棱鏡；其中近紅外光束通過第二冷光鏡讓近紅外光束透射，由會聚離軸拋物面鏡會聚，經(jīng)寬通濾光片后由InGaAs探測器接受并處理；He-Ne激光器所發(fā)射的光束通過第二冷光鏡反射至窄帶濾光片后，由硅探測器接收并處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外偏振干涉光譜儀，其特征在于:所述He-Ne激光器為發(fā)射光束波長為632.8nm的激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的近紅外偏振干涉光譜儀，其特征在于:所述第一冷光鏡、第二冷光鏡的表面均鍍有分光膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的近紅外偏振干涉光譜儀，其特征在于:所述準(zhǔn)直離軸拋物面鏡和會聚離軸拋物面鏡的離軸角均為90°，并在通光面上鍍有反射膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的近紅外偏振干涉光譜儀，其特征在于；所述掃描光楔組件包括固定光楔和用于改變掃描光楔沿光軸方向的厚度的移動光楔。
【文檔編號】G01J3/45GK203758617SQ201320834973
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】謝正茂, 韋明智, 何俊華, 薛艷博, 齊文博 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所