专利名称：静态傅立叶光谱仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及科学仪器，尤其是一种光谱仪器。
背景技术：
光谱仪是一种重要而常用的科学仪器，用于对光源和物质进行精密的分析。为了提 高仪器的分析灵敏度、精度和速度等性能，不断有人采用新的技术和器件改进光谱仪。
如王柯敏等设计的发明专利(CCD光栅集成全波长光谱仪，专利号CN01114410.6)， 温志渝等设计的发明专利(集成化微型光谱仪，专利号CN02119512.9)，袁洪福等设计 的发明专利(在线近红外光谱仪，申请号CN02125852.X)，刘木清设计的发明专利(手 持式光谱仪，申请号CN01254633.X)，刘木清等设计的发明专利(一种0.7-1.7微米波 段的近红外光谱仪，申请号CN03270366.X)。在上述设计均为光栅光谱仪，采用光栅和 CCD (电荷耦合器件)作为来提高光谱仪的性能。CCD具有快速的优点，但相对于光电 倍增管等其他光电器件，CCD的灵敏度要低很多，在分析某些物质成分时仍显不足。反 之，傅立叶光谱仪具有高灵敏度的特点，但需要精密的运动部件，结构复杂，测量速度 缓慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，实现一种既具高速度，又 具高灵敏度，结构简单，还不需运动部件，不需要调整的新型光谱仪。
为了解决上述技术问题，本发明提出的第一种技术方案如下
一种静态傅立叶光谱仪，包括直角分束棱镜和阵列式光敏器件，所述直角分束棱镜 包括第一和第二两个相互成直角的相邻平面，第一平面A为阶梯形反射光栅面，第二平 面B为镀有反射膜的平面，被测平行光到达所述直角分束棱镜之后，分成两部分， 一部 分透过分束面后垂直到达第二平面B，由该平面反射后再由分束面反射达到阵列式光敏 器件，另一部分光由分束面反射后垂直到达第一平面A，经该平面反射后透过分束面达 到阵列式光敏器件。 .
上述的傅立叶光谱仪，阵列式光敏器件可以是线阵CCD、面阵CCD、面阵CMOS 图像传感器或微通道阵列光电倍增管PMT。
本发明提出的第二种技术方案如下
一种静态傅立叶光谱仪，包括直角分束棱镜和阵列式光敏器件，所述直角分束棱镜 包括第一和第二两个相互成直角的相邻平面，第一平面A和第二平面B均为阶梯形反射 光栅面，所述的两个反射光栅面的刻线方向相垂直，被测平行光到达所述直角分束棱镜之后，分成两部分， 一部分透过分束面后垂直到达第二平面B，由该平面反射后再由分 束面反射达到阵列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到达第一平面A，经该 平面反射后透过分束面达到阵列式光敏器件。
上述的傅立叶光谱仪，阵列式光敏器件可以面阵CCD、面阵CMOS图像传感器或微 通道阵列光电倍增管PMT。
本发明改进麦克耳逊干涉仪的设计，以直角分束棱镜一个部件，替代在麦克耳逊干 涉仪中的分束镜和两面反射镜，在直角分束棱镜的一个或两个相邻的透射面制成阶梯光 栅，以阵列式光敏器件，如CCD或CMOS图像传感器作为光电信号检测器件作为接收 器件，使阵列式光敏器件的每个(列)象素、阶梯光栅的每个反射面与另一个臂都构成 一个微型的麦克耳逊干涉仪，每个微型干涉仪中的光程差都不同，阵列式光电器件在接 收到不同光程差的干涉信号后，通过傅立叶变换，可以实现光谱测量。此种设计，使得 光谱仪的结构大大简化，不需运动部件，不需要调整，即可实现高速度高灵敏度光谱分 析。
图l为本发明实施例1的光路原理图。 图2为本发明实施例2的光路原理图。 附图标记
1为直角分束棱镜 2为阵列式光敏器件
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
本发明的光栅傅立叶光谱仪实施例一:
如图1所示，被测平行光通过直角分束棱镜1分成两部分， 一部分透过分束面到达
直角分束棱镜的平面B，平面B镀有反射膜构成反射镜，由平面B反射后再由分束面反 射达到阵列式光敏器件2;另一部分光由分束面反射到达直角分束棱镜的平面A，平面A 是阶梯形反射光栅，这部分光在平面A反射后具有不同的光程差，透过分束面后到达阵 列式光敏器件2，但这一部分光的光程各不相同，因而与前面所述的一部分光在阵列式光 敏器件2的发生干涉时，阵列式光敏器件2测得波长不同的最大干涉强度光，通过对阵 列式光敏器件2得到的光电信号进行傅立叶变换，便可得到被测光的频谱。
阵列式光敏器件可以采用线阵的CCD光敏传感器，也可以采用面阵的CCD光敏(图 像)传感器或CMOS光敏(图像)传感器，如敏通公司的13V5H等，也可以釆用其他 的面阵光敏(图像)传感器，如阵列式光电倍增管(PMT)等。
在采用面阵光敏(图像)传感器时，与光栅刻槽方向相同(或说接收同一刻槽反射光)象素检测到的信号可以叠加之后再进行傅立叶变换，可以大幅度提高光谱仪的灵敏 度和光谱幅值的精度。
本发明的光栅傅立叶光谱仪实施例二
如图2所示，被测平行光通过直角分束棱镜1分成两部分， 一部分透过分束面到达 直角分束棱镜的平面B，平面B是阶梯形反射光栅，这部分光在平面B反射后具有不同 的光程差，透过分束面后到达阵列式光敏器件2;另一部分光由分束面反射到达直角分束
棱镜的平面A，平面A也是阶梯形反射光栅，但其刻线方向与平面B的刻线方向相垂直， 这部分光在平面A反射后也具有不同的光程差，透过分束面后到达阵列式光敏器件2。 在阵列式光敏器件2每个象素接收到的两部分光的光程各不相同，通过对阵列式光敏器 件2得到的光电信号进行傅立叶变换，便可得到被测光的频谱。
阵列式光敏器件可以采用面阵的CCD光敏(图像)传感器或CMOS光敏(图像) 传感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面阵光敏(图像)传感器，如阵列 式光电倍增管(PMT)等。
通过适当调整，可以使得面阵光敏(图像)传感器每个象素点得到波长的不同最大 干涉强度光，因而本实施例可以比实施例一提高几个量级的波长分辨率。
需要说明的是，本发明属于一种组合发明，是一种在技术应用上具有创新性的发明， 其中所涉及的光栅和光敏(图像)传感器等，都属于已有技术并且已有多种形式和应用。 在此不对其细部特征再作叙述。
此外，这里以本发明的实施例为中心展开了详细的说明，所描述的优选方式或某些 特性的具体体现，应当理解为本说明书仅仅是通过给出实施例的方式来描述本发明，实 际上在组成、构造和使用的某些细节上会有所变化，包括部件的组合和组配，这些变形 和应用都应该属于本发明的范围内。
权利要求
1. 一种静态傅立叶光谱仪，包括直角分束棱镜和阵列式光敏器件，所述直角分束棱镜包括第一和第二两个相互成直角的相邻平面，第一平面(A)为阶梯形反射光栅面，第二平面(B)为镀有反射膜的平面，被测平行光到达所述直角分束棱镜之后，分成两部分，一部分透过分束面后垂直到达第二平面(B)，由该平面反射后再由分束面反射达到阵列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到达第一平面(A)，经该平面反射后透过分束面达到阵列式光敏器件。
2. 根据权利要求1所述傅立叶光谱仪，其特征在于，所述阵列式光敏器件为线阵 CCD。
3. 根据权利要求1或2所述傅立叶光谱仪，其特征在于，所述阵列式光敏器件为面 阵CCD。
4. 根据权利要求1所述傅立叶光谱仪，其特征在于，所述阵列式光敏器件为面阵 CMOS图像传感器。
5. 根据权利要求1至4任意一项所述傅立叶光谱仪，其特征在于，所述阵列式光敏 器件为微通道阵列光电倍增管PMT。
6. —种静态傅立叶光谱仪，包括直角分束棱镜和阵列式光敏器件，所述直角分束棱 镜包括第一和第二两个相互成直角的相邻平面，第一平面(A)和第二平面(B)均为阶 梯形反射光栅面，所述的两个反射光栅面的刻线方向相垂直，被测平行光到达所述直角 分束棱镜之后，分成两部分， 一部分透过分束面后垂直到达第二平面(B)，由该平面反 射后再由分束面反射达到阵列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到达第一平 面(A)，经该平面反射后透过分束面达到阵列式光敏器件。
7. 根据权利要求6所述傅立叶光谱仪，其特征在于，所述阵列式光敏器件为面阵 CCD。
8. 根据权利要求6所述傅立叶光谱仪，其特征在于，所述阵列式光敏器件为面阵 CMOS图像传感器。
9. 根据权利要求6所述傅立叶光谱仪，其特征在于，所述阵列式光敏器件为微通道 阵列光电倍增管PMT。全文摘要
本发明属于光谱仪器技术领域，涉及两种具有相同发明构思的静态傅立叶光谱仪，其中的一种静态傅立叶光谱仪，包括直角分束棱镜和阵列式光敏器件，所述直角分束棱镜包括第一和第二两个相互成直角的相邻平面，第一平面(A)为阶梯形反射光栅面，第二平面(B)为镀有反射膜的平面，被测平行光到达所述直角分束棱镜之后，分成两部分，一部分透过分束面后垂直到达第二平面(B)，由该平面反射后再由分束面反射达到阵列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到达第一平面(A)，经该平面反射后透过分束面达到阵列式光敏器件。本发明提供的静态傅立叶光谱仪是构造极为简单，既具高速度，稳定可靠，又具高灵敏度和高分辨率，还不需运动部件。
文档编号G01N21/25GK101281062SQ20081005321
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者刚 李, 凌 林 申请人:天津大学