本發(fā)明涉及光譜儀技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于全反射界面FP腔結(jié)構(gòu)的光譜儀。

背景技術(shù)：

光譜儀器是應用光學原理和光譜技術(shù)，對物質(zhì)的化學組成及含量進行檢測的重要分析儀器，具有分析精度高、測量范圍大、速度快等優(yōu)點，廣泛應用于現(xiàn)代科學實驗、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、冶金、地質(zhì)、石油化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護、宇宙探索、國防等領(lǐng)域，已形成了幾十億美元規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。由于傳統(tǒng)光譜儀器使用條件苛刻、體積龐大，因而大大地限制了其應用范圍。近年來隨著航空航天、環(huán)境監(jiān)測、科技農(nóng)業(yè)、軍事分析以及工業(yè)流程監(jiān)控等領(lǐng)域的現(xiàn)代化發(fā)展，對光譜儀器提出小型化、微型化、集成化的要求，希望其攜帶方便、抗震動干擾能力強、性能穩(wěn)定可靠、功耗低、電壓低、使用靈活方便、性能價格比高，且能快速、實時、直觀、精確地獲取光譜信號。因此，小型化、微型化光譜儀器也就成了世界各國的研究熱點和趨勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于全反射界面FP腔結(jié)構(gòu)的光譜儀。本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)簡單、小尺寸、成本低、分辨率極高、測量范圍寬的小型光譜儀。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于全反射界面FP腔結(jié)構(gòu)的光譜儀，包括光學FP共振腔結(jié)構(gòu)、高靈敏光電傳感器、角位移平臺、角位移傳感器和驅(qū)動控制器；驅(qū)動控制器通過導線與高靈敏光電傳感器、角位移平臺、角位移傳感器相連接；光學FP共振腔結(jié)構(gòu)包括三層高折射率介質(zhì)層和兩層低折射率介質(zhì)層，利用在三層高折射率介質(zhì)層中嵌入兩層低折射率介質(zhì)層，形成全反射界面的光學高Q值的光學FP共振腔結(jié)構(gòu)，其中三層高折射率介質(zhì)層的折射率相同；兩層低折射率介質(zhì)層的折射率相同；

所述的光學FP共振腔結(jié)構(gòu)為立方體，且資中的高折射率介質(zhì)打磨成直角棱鏡；優(yōu)選的：另外兩角分別為50°和40°。

當入射光入射到光學FP共振腔結(jié)構(gòu)時，在中間高折射率介質(zhì)層滿足共振條件的波長會透過該結(jié)構(gòu)入射到光電傳感器上，其余光波在全反射界面反射，從而形成光波長窄帶濾波器；該濾波器的透過波長會隨著入射光的入射角的改變而偏移，通過驅(qū)動角位移平臺和角位移傳感器來調(diào)節(jié)入射光入射到界面的入射角，實現(xiàn)透射頻率在較大的光頻范圍內(nèi)實現(xiàn)精密可調(diào)；控制角位移平臺轉(zhuǎn)動，根據(jù)光電傳感器的信號以及角位移傳感器的角度信息，便可獲得入射光的高分辨率光譜信息。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明在三層高折射率介質(zhì)中嵌入兩層低折射率介質(zhì)層構(gòu)成全反射界面形成FP共振腔結(jié)構(gòu)，這種共振腔可以達到很高光學Q值,這種高Q值的諧振腔可以用來做為窄帶濾波器使用；利用驅(qū)動角位移平臺和角位移傳感器改變FP腔濾波器部件的角度,實現(xiàn)對透射波長中心頻率的掃頻，實現(xiàn)透射頻率在較大的光頻范圍內(nèi)實現(xiàn)精密可調(diào)。因此,控制角位移平臺轉(zhuǎn)動，根據(jù)光電傳感器的信號以及角位移傳感器的角度信息，便可獲得高分辨率的入射光的光譜信息?；诒驹O計的光譜儀具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，成本低，實現(xiàn)相對簡單，而且檢測光譜非常極寬，分辨率高等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是一種基于全反射界面FP腔結(jié)構(gòu)的光譜儀示意圖；

圖2是一種基于全反射界面FP腔結(jié)構(gòu)的光譜儀實施例1中，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動不同角度時的透射能量譜圖；

其中：高折射率介質(zhì)層1、低折射率介質(zhì)層2和高折射率介質(zhì)層3構(gòu)成的光學FP共振腔結(jié)構(gòu)、高靈敏光電傳感器4、角位移平臺5、角位移傳感器6、驅(qū)動控制器7、導線8。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。

一種基于全反射界面FP腔結(jié)構(gòu)的光譜儀，包括光學FP共振腔結(jié)構(gòu)、高靈敏光電傳感器4、角位移平臺5、角位移傳感器6和驅(qū)動控制器7。驅(qū)動控制器7通過導線8與高靈敏光電傳感器4、角位移平臺5、角位移傳感器6相連接；光學FP共振腔結(jié)構(gòu)包括三層高折射率介質(zhì)層和兩層低折射率介質(zhì)層2，利用在三層高折射率介質(zhì)層中嵌入兩層低折射率介質(zhì)層2，形成全反射界面的光學高Q值的光學FP共振腔結(jié)構(gòu)，

其中三層高折射率介質(zhì)層的折射率相同；兩層低折射率介質(zhì)層2的折射率相同；

所述的光學FP共振腔結(jié)構(gòu)為立方體，且資中的高折射率介質(zhì)打磨成直角棱鏡，優(yōu)選的：另外兩角分別為50°和40°。

具體的：在高折射率介質(zhì)層1上鍍上一層低折射率介質(zhì)層2，然后再鍍一層高折射率介質(zhì)層3，再鍍上一層低折射率介質(zhì)層2，再鍍一層高折射率介質(zhì)層3。

本發(fā)明工作過程如下：

當入射光入射到光學FP共振腔結(jié)構(gòu)時，在中間高折射率介質(zhì)層滿足共振條件的波長會透過該結(jié)構(gòu)入射到光電傳感器上，其余光波在全反射界面反射，從而形成光波長窄帶濾波器。該濾波器的透過波長會隨著入射光的入射角的改變而偏移，通過驅(qū)動角位移平臺和角位移傳感器來調(diào)節(jié)入射光入射到界面的入射角，實現(xiàn)透射頻率在較大的光頻范圍內(nèi)實現(xiàn)精密可調(diào)。控制角位移平臺轉(zhuǎn)動，根據(jù)光電傳感器的信號以及角位移傳感器的角度信息，便可獲得入射光的高分辨率光譜信息。

實施例1：

參照圖1示意圖，高折射材料選用立方氧化鋯，低折射率材料采用二氧化硅。在立方氧化鋯基片上鍍一層300nm的二氧化硅層膜，再鍍一層320nm的氧化鋯膜，再鍍一層300nm的二氧化硅層膜后再鍍一層氧化鋯膜，把氧化鋯膜鍵合到另一個立方氧化鋯基片。劃片和打磨制備成3mmx3mmx3mm立方結(jié)構(gòu)，其中立方氧化鋯打磨成直角棱鏡，另外兩角分別為50°和40°。將該光學FP共振腔結(jié)構(gòu)放置于微型振鏡機構(gòu)，振鏡軸連角編碼器，在濾波器后放置光電二極管及相應處理電路。利用振鏡驅(qū)動控制器控制濾波器的轉(zhuǎn)動角度α在12度之內(nèi)掃描時，入射光的界面入射角θ大約在50°-62°改變。其透射光中心波長在400nm-660nm移動，如圖2所示。根據(jù)光電傳感器和角位移傳感器的信號，可測量出入射光各波長的能量。