专利名称：高分辨率反射式高速转镜干涉光谱仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种干涉光谱仪，尤其涉及一种高分辨率反射式高速转镜干涉光谱仪。
背景技术：
干涉光谱仪的出现克服了传统的色散型光谱仪(分光棱镜、色散棱镜和衍射光栅 等)能量利用率低的缺点，而基于时间调制的傅里叶变换干涉光谱仪继承了传统干涉光谱 仪的优点，集多通道(Felleget优点)、高通量(Jacquinot优点)、波数准确度高(Connes 优点)及低噪声、测量速度快等一系列优点于一身。它扩展了红外光谱研究领域，近二十年 来受到世界各国的广泛关注并得到了快速发展，在工农业生产、科学研究、环境监测、航空 航天遥感等领域有着广泛的应用。 传统的傅里叶变换光谱仪通常的扫描速率在O. 1 10cms—1 (光程差)，虽然它们能 较好的满足多种场合对高分辨率的要求，然而很难满足在不可重复的快速测量方面和调制 过程方面的要求。另外在实际的研制过程中，如典型的麦克尔逊干涉仪，会存在诸多问题 ①需辅助光路，结构复杂；②稳定性差，环境适应能力和抗干扰能力低；③时间利用率低， 仅为50%左右；等等。 针对传统的傅里叶变换光谱仪的缺点，Wadsworth于1997年提出了高速转镜干涉 光谱技术方案，这种技术将动镜的直线运动改变为旋转运动，极大地简化了伺服系统；而且 旋转动镜由于其旋转的运动性质，较好地克服抖动对测量的影响，可靠性和稳定性显著提 高；最为突出的是旋转动镜的转速可高达1000转/s，极大提高了干涉仪的实时性能。然而 该技术方案存在着仪器装置体积较大、结构相对复杂等缺点，特别是方案中对立方反射镜 的设计和加工制作需要很高的工艺，不仅对立方反射镜的单个镜面面型的平整度、镀膜有 很高要求，而且对三个镜面的垂直度、受力分布均匀与否有很高要求；在实际工作中还对立 方反射镜的材料和装配、性能稳定性有很高要求；它们都涉及到立方反射镜的实际尺寸和 有效口径的关系，以及立方反射镜的光束反射特性，即入射光束和出射光束是否始终严格 平行。立方反射镜的光学特性直接关系到仪器的视场角、干涉图的形成、光程差的校正，甚 至光谱的复原等。使得实际设计和装配等实现起来相当困难，同时面临长期运行条件下性 能稳定和可靠性等方面的挑战。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可提高系统的光谱
分辨率、简化系统结构、视场角大的高分辨率反射式高速转镜干涉光谱仪。 本发明的技术解决方案是本发明提供了一种高分辨率反射式高速转镜干涉光谱
仪，包括第一旋转动镜以及第二旋转动镜，其特殊之处在于所述第二旋转动镜是平面镜。 上述第一旋转动镜和第二旋转动镜是平行的。 上述第一旋转动镜和第二旋转动镜是分体式或合体式的。
上述第一旋转动镜和第二旋转动镜是合体式时，所述第一旋转动镜和第二旋转动 镜是将两个平面镜固定在一起或者由透明材料的平行两个面上镀以反射膜所形成。
本发明的优点是 1、可提高系统的光谱分辨率。本发明用单个平面镜取代高速转镜干涉光谱仪中的
立方反射镜，不但没有降低系统原有的技术指标，而且通过调节第一旋转动镜和第二旋转
动镜之间的距离，以及改变旋转镜面相对于旋转轴的倾斜角、光束入射到旋转镜面的角度
等，可实现在较小的仪器体积下大大增加光程差，从而较大程度上提高系统的光谱分辨率。
2、结构简单，便于加工及操作。本发明利用单个平面镜取代高速转镜干涉光谱仪
中的立方反射镜，简化了系统结构，降低了系统对工艺的难度要求，同时保留了仪器在测量
速度快、高通量、高分辨率等方面的优势。 3、视场角更大。本发明由于减少了光束在动镜扫描过程中的反射次数，因而减小 了因多次反射形成的光能损失，同时相比背景技术中提及的高速转镜光谱仪，尽管仪器的 视场角在理论上两者相等，但实际操作中采用单个平面镜后的视场角比采用存在加工垂直 度误差的立方反射镜的光谱仪视场角会更大。 4、便携化和轻量化。本发明由于光束随动镜旋转而在平面镜上反射时所需平面镜 的尺寸较小，因而可在保证光谱仪较大光程差的条件下大大减小其体积，便于便携化和轻 量化。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式
参见图1 ，本发明提供了一种高分辨率反射式高速转镜干涉光谱仪，包括第一旋转 动镜7以及第二旋转动镜5，第二旋转动镜5是平面镜。 第一旋转动镜7和第二旋转动镜5是平行的，可以是分体式结构或合体式结构，当 第一旋转动镜7和第二旋转动镜5是分体式结构时，第一旋转动镜7和第二旋转动镜5在 旋转时，它们之间的相对间距保持不变。 当第一旋转动镜7和第二旋转动镜5是合体式时，第一旋转动镜7和第二旋转动 镜5是将两个平面镜固定在一起或者由透明材料的平行两个面上镀以反射膜所形成。
目标辐射经前置光学系统1入射到镀有半透半反膜的分束器3上，分束器3将光 束分为反射光束和透射光束。反射光束经倾斜第一旋转动镜7反射到倾斜第二旋转动镜5， 其中第一旋转动镜7和第二旋转动镜5的镜面始终保持平行，第二旋转动镜5将其反射回 垂直端反射镜6，然后又沿原光路返回到分束器；透射光束经定镜4反射后沿原光路返回到 分束器。反射回分束器的反射光束又被分为反射光束和透射光束，而反射回分束器的透射 光束也被分为反射光束和透射光束，前者的透射部分和后者的反射部分产生相干干涉，并 被探测器2接收。电机带动倾斜第一旋转动镜7和倾斜第二旋转动镜5 —起旋转从而使两 束光产生变化的光程差，不同光程差的干涉信号经探测器接收得到随时间变化的干涉谱， 经数据反演后最终得到目标的高分辨率光谱。 前置光学系统1将目标辐射进行收集和准直，可采用折射、折反射和反射等各种形式，其目的是使目标辐射转变为有视场角的平行光。 分束器3将经准直后的目标辐射分成投射光束和反射光束；透射光束和反射光束 的强度由分束器的半透半反分光膜，例如金属膜或介质膜均可，可见、红外、紫外波段亦均 可，可以根据具体要求设计进行选择，只要能完成本发明的基本过程就可以。经分束器3后 的透射光束达到平面端反射镜4，然后被原路返回，再经分束器后形成一束透射光束和一束 反射光束，其中的反射光束到达探测器系统2 ;平面端反射镜4也可被其它反射、透射等组 合形式替代如特伦反射系统等，其作用旨在反射入射光束，使入射的光束原路返回。
经分束器3后的反射光束在第二旋转动镜5，第一旋转动镜7之间反射后到达平面 端反射镜6，然后被原路返回，再经分束器后同样形成一束透射光束和反射光束，其中的透 射光束达到探测器系统2 ;平面端反射镜6也可被其它反射、透射等组合形式替代如特伦反 射系统，其作用旨在反射入射光束，使入射的光束原路返回。 第二旋转动镜5，第一旋转动镜7由电机带动同时旋转并且始终保持两个反射镜 面平行、且镜面之间的相对间距不变，其控制方式可以由两个电机分别控制这两个平面镜 或由一个电机控制两个平面镜，或者第二旋转动镜5，第一旋转动镜7由固定轴相连并相对 固定一起；或者第二旋转动镜5，第一旋转动镜7由一块透明材料的两个面(做成平行的) 上镀以反射膜形成；将由分束器3反射来的光束反射到平面端反射镜6上，并使从平面端反 射镜6反射来的光原路返回到分束器上是第二旋转动镜5，第一旋转动镜7的主要目的。
电机及其控制系统8主要用来控制第二旋转动镜5，第一旋转动镜7的匀速、稳定 旋转。 干涉图由探测器及信号处理系统2获取并处理，包括对由对定镜4经分束器的反 射光与由第二旋转动镜5，第一旋转动镜7经分束器的透射光产生的相干光的会聚和获取， 对干涉图裸数据的预处理、误差修正、光谱响应度定标修正、辐射度定标修正、光谱复原等。
权利要求
一种高分辨率反射式高速转镜干涉光谱仪，包括第一旋转动镜以及第二旋转动镜，其特征在于所述第二旋转动镜是平面镜。
2. 根据权利要求1所述的高分辨率反射式高速转镜干涉光谱仪，其特征在于所述第 一旋转动镜和第二旋转动镜是平行的。
3. 根据权利要求1或2所述的高分辨率反射式高速转镜干涉光谱仪，其特征在于所 述第一旋转动镜和第二旋转动镜是分体式或合体式的。
4. 根据权利要求3所述的高分辨率反射式高速转镜干涉光谱仪，其特征在于所述第 一旋转动镜和第二旋转动镜是合体式时，所述第一旋转动镜和第二旋转动镜是将两个平面 镜固定在一起或者由透明材料的平行两个面上镀以反射膜所形成。
全文摘要
本发明涉及一种高分辨率反射式高速转镜干涉光谱仪，包括第一旋转动镜以及第二旋转动镜，第二旋转动镜是平面镜。本发明提供了一种可提高系统的光谱分辨率、简化系统结构、视场角大的高分辨率反射式高速转镜干涉光谱仪。
文档编号G01J3/26GK101782431SQ20091002091
公开日2010年7月21日 申请日期2009年1月15日 优先权日2009年1月15日
发明者周锦松, 王维, 相里斌, 魏儒义 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所