專利名稱：實時高溫紅外光譜光學(xué)泵浦采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到樣品的光譜探測領(lǐng)域，尤其是涉及到樣品在高溫狀態(tài)下的紅外光譜實時探測。
高溫樣品的紅外光譜信號實時探測，是研究高溫環(huán)境下，各種材料物化特征及過程的重要手段。但在高溫狀態(tài)下，被測量樣品本身，及其周圍的容器、爐體、支撐架等都會發(fā)出紅外輻射，這些紅外輻射往往會將樣品的信號淹沒。已有的信號提取方法有兩種，一是將泵浦光信號進(jìn)行幅度調(diào)制，然后用相干濾波的方法提取樣品信號；二是在接收光路上加上各種濾光片。方法一的缺點是要給光譜儀配上復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)電子系統(tǒng)和光幅調(diào)制器，而且對通常商業(yè)生產(chǎn)的快掃描傅里葉變換光譜儀來說，這種斬波調(diào)制干涉光束的方法就不夠了，這是因為被測樣品熱輻射的一半投向干涉儀，并經(jīng)斬波器背面調(diào)制后返回樣品和探測器。方法二的缺點是當(dāng)信號與背景輻射波段接近或相同時，無法提取出樣品信號。文獻(xiàn)“Bruker FT-IRapplication Note 14，(1981).”(作者Gervais F.，Sevion J.L.andBilland D.)對這兩種方法作了詳細(xì)討論。
本發(fā)明的目的是建立一種反射式共焦成像系統(tǒng)，將樣品以外的各種紅外輻射濾除，從而提取出樣品紅外光譜信號。
實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是，用一套光纖耦合器(1)，將泵浦光從光譜儀中耦合進(jìn)光纖(2)，然后經(jīng)一光纖耦合聚焦系統(tǒng)(3)將泵浦光經(jīng)高溫爐(9)的窗口(8)聚焦在樣品(10)上，樣品輻射出的信號光從窗口(11)經(jīng)反射鏡(12)，進(jìn)入由球面反射鏡(13)與球面反射鏡(14)構(gòu)成的高精度成像系統(tǒng)，將樣品的像成像于光欄(16)上，這樣只有與光欄(16)小孔共焦的樣品區(qū)域內(nèi)所發(fā)出的紅外輻射才能通過，再經(jīng)光纖耦合器(15)，光纖(17)，光纖耦合器(18)，送入光譜儀進(jìn)行光譜測量。
由于采用了共焦成像濾波的辦法，只有樣品區(qū)域內(nèi)與濾波光欄共焦的被測點所輻射出的紅外光譜信號才能進(jìn)入光譜儀，其它物體所發(fā)出的紅外輻射全部被濾除。這樣，只要將樣品的本底高溫紅外輻射信號減掉，就可得到所需的高信噪比的樣品紅外光譜信號。另外，因被測物體是高溫體，光譜儀遠(yuǎn)離被測體，可以避免紅外光譜儀中的許多元件遇高溫?fù)p壞的問題，從而實現(xiàn)實時高溫光譜測量。
下面對圖面作簡要說明，

圖1為紅外激光拉曼傅立葉變換光譜儀的實時高溫紅外光譜泵浦采集光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖2為紅外透射光譜儀的實時高溫紅外光譜泵浦采集光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖3為紅外激光拉曼傅立葉變換光譜儀的反射實時高溫紅外光譜泵浦采集光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖4為紅外反射光譜儀的實時高溫紅外光譜泵浦采集光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
實施例1如圖1所示，紅外激光拉曼光譜儀的泵浦激光，由光纖耦合器(1)，耦合進(jìn)傳導(dǎo)光纖(2)，再由耦合聚焦系統(tǒng)(3)聚焦，經(jīng)窗口(8)聚焦于高溫爐(9)中的樣品(10)上，F(xiàn)2是耦合聚焦系統(tǒng)(3)的焦點，同時也是點F3由球面反射鏡(13)(14)，平面鏡(12)組成的成像光學(xué)系統(tǒng)的共軛像點。樣品散射出的紅外信號，經(jīng)窗口(11)，由平面鏡(12)球面鏡(13)(14)構(gòu)成的系統(tǒng)，被成像于F2的共軛像點F3處，在F2的共軛像點F3處有一小孔光欄(16)(也可以用光纖的輸入端端面作為小孔光欄)，這樣只有光欄(16)在F3處共軛像大小范圍內(nèi)的紅外信號才能通過光欄(16)，通過光欄(16)的信號經(jīng)光纖耦合器(15)，耦合進(jìn)光纖(17)，而由耦合器(18)偶合進(jìn)光譜儀，進(jìn)行光譜測量。
實施例2如圖2所示，紅外光譜儀的泵浦光(或稱照明光)經(jīng)光纖耦合器(1)耦合進(jìn)傳導(dǎo)光纖(2)，經(jīng)耦合聚焦系統(tǒng)(3)進(jìn)入由球面鏡(5)(6)組成的成像光學(xué)系統(tǒng)，再由平面反射鏡(7)將成像光束經(jīng)窗口(8)會聚到高溫爐(9)中的被測樣品(10)上，透射光經(jīng)窗口(11)，由反射鏡(12)反射入由球面反射鏡(13)(14)組成的成像系統(tǒng)，成像于F3點處，其中光欄(4)或光纖(2)的出射端端面位于球面反射鏡(5)(6)組成成像系統(tǒng)的前共軛像點F1處，被測樣品位于其后共軛像點F2處；F2又是球面反射鏡(13)(14)所組成系統(tǒng)的前共軛像點，F(xiàn)3為該系統(tǒng)的后共軛像點，小孔光欄(16)或光纖(17)的入射端端面位于F3點，這樣透過樣品的光束由光纖耦合器(15)耦合進(jìn)光纖，再由耦合器(18)耦合進(jìn)紅外光譜儀，進(jìn)行光譜測量。
實施例3如圖3所示，紅外激光拉曼光譜儀的泵浦激光，由光纖耦合器(1)，耦合進(jìn)傳導(dǎo)光纖(2)，再由耦合聚焦系統(tǒng)(3)聚焦，經(jīng)窗口(8)聚焦于高溫爐(9)中的樣品(10)上，F(xiàn)2是耦合聚焦系統(tǒng)(3)的焦點，同時也是點F3由球面反射鏡(13)(14)，平面鏡(12)組成的成像光學(xué)系統(tǒng)的共軛像點。樣品反射方向上散射出的紅外信號，經(jīng)窗口(11)，由平面鏡(12)球面鏡(13)(14)構(gòu)成的系統(tǒng)，被成像于F2的共軛像點F3處，在F2的共軛像點F3處有一小孔光欄(16)(也可以用光纖的輸入端作為小孔光欄)，這樣只有光欄(16)在F1處共軛像大小范圍內(nèi)的紅外信號才能通過光欄(16)，通過光欄(16)的信號經(jīng)光纖耦合器(15)，耦合進(jìn)光纖(17)，而由耦合器(18)耦合進(jìn)光譜儀，進(jìn)行光譜測量。
實施例4如圖4所示，紅外光譜儀的泵浦光(或稱照明光)經(jīng)光纖耦合器(1)耦合進(jìn)傳導(dǎo)光纖(2)，經(jīng)耦合聚焦系統(tǒng)(3)進(jìn)入由球面鏡(5)(6)組成的成像光學(xué)系統(tǒng)，再由平面反射鏡(7)將成像光束經(jīng)窗口(8)會聚到高溫爐(9)中的被測樣品(10)上，反射光經(jīng)窗口(11)，由反射鏡(12)反射入由球面反射鏡(13)(14)組成的成像系統(tǒng)，成像于F3點處，其中光欄(4)或光纖(2)的出射端端面位于球面反射鏡(5)(6)組成成像系統(tǒng)的前共軛像點F1處，被測樣品位于其后共軛像點F2處；F2又是球面反射鏡(13)(14)所組成系統(tǒng)的前共軛像點，F(xiàn)3為該系統(tǒng)的后共軛像點，小孔光欄(16)或光纖(17)的入射端端面位于F3點，這樣透過樣品的光束由耦合器(15)耦進(jìn)光纖，再由耦合器(18)耦合進(jìn)紅外光譜儀，進(jìn)行光譜測量。
權(quán)利要求
1.一種實時高溫紅外光譜光學(xué)泵浦采集系統(tǒng)，由光纖耦合器(1)，光纖(2)，光纖耦合聚焦系統(tǒng)(3)，高溫爐(9)，窗口(8)(11)，樣品(10)，反射鏡(12)，球面反射鏡(13)，球面反射鏡(14)，光欄(16)，光纖耦合器(15)，光纖(17)，光纖耦合器(18)組成，其特征在于有一個由球面反射鏡(13)，球面反射鏡(14)，小孔光欄(16)組成的反射式共焦成像系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的實時高溫紅外光譜光學(xué)泵浦采集系統(tǒng)，其特征在于光欄(16)和樣品(10)分別位于一對共軛像點F3和F2上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的實時高溫紅外光譜光學(xué)泵浦采集系統(tǒng)，其特征在于光欄(16)可以是光纖的輸入端端面。
4.一種實時高溫紅外光譜光學(xué)泵浦采集系統(tǒng)，由光纖耦合器(1)，光纖(2)，光纖耦合聚焦系統(tǒng)(3)，球面反射鏡(5)(6)，平面反射鏡(7)，窗口(8)(11)，高溫爐(9)，樣品(10)，反射鏡(12)，球面反射鏡(13)(14)，光欄(16)，光纖耦合器(15)，光纖(17)，耦合器(18)組成，其特征在于有二個分別由球面反射鏡(5)(6)和光欄(4)；球面反射鏡(13)(14)和光欄(16)組成的共焦成像系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求4所述的實時高溫紅外光譜光學(xué)泵浦采集系統(tǒng)，其特征在于光欄(4)，樣品(10)，光欄(16)分別位于互為共軛像點的F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3上。
6.如權(quán)利要求4或5所述的實時高溫紅外光譜光學(xué)泵浦采集系統(tǒng)，其特征在于光欄(4)和(16)可以是光纖的輸入端端面。
全文摘要
一種實時高溫紅外光譜光學(xué)泵浦采集系統(tǒng),用一套光纖耦合器(1),將泵浦光從光譜儀中耦合進(jìn)光纖(2),然后經(jīng)一光纖耦合聚焦系統(tǒng)(3)將泵浦光經(jīng)高溫爐(9)的窗口(8)聚焦在樣品(10)上,樣品輻射出的信號光從窗口(11)經(jīng)反射鏡(12),進(jìn)入由球面反射鏡(13)與球面反射鏡(14)構(gòu)成的高精度成像系統(tǒng),將樣品的像成像于光欄(16)上,這樣只有與光欄(16)小孔共焦的樣品區(qū)域內(nèi)所發(fā)出的紅外輻射才能通過,再經(jīng)光纖耦合器(15),光纖(17),光纖耦合器(18),送入光譜儀進(jìn)行光譜測量。另外,因被測物體是高溫體,光譜儀遠(yuǎn)離被測體,可以避免紅外光譜儀中的許多元件遇高溫?fù)p壞的問題,從而實現(xiàn)實時高溫光譜測量。
文檔編號G01J3/02GK1186234SQ96122190
公開日1998年7月1日 申請日期1996年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月21日
發(fā)明者張雨東, 鄭瑜, 唐鼎元, 蘭安建, 吳彰亮 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所