一种便携式宽光谱傅立叶变换光谱仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种便携式宽光谱傅立叶变换光谱仪，属于光谱测量【技术领域】。它包括光学结构、线阵CCD和数据采集系统，光学结构包括反射镜、针孔滤波器和改进型菲涅尔双面镜，在反射镜至线阵CCD的光路上，依次为反射镜、针孔滤波器、改进型菲涅尔双面镜和线阵CCD；所述针孔滤波器位于所述的反射镜的焦点上，针孔滤波器出射的光束全部落在所述的改进型菲涅尔双面镜上；线阵CCD与数据采集系统连接；数据采集系统采用“等光程差双曲线族”模型和“多像素抽取法”，对线阵CCD获得的干涉图数据进行处理，获得光谱。该仪器空间体积大为缩小且可实现便携化，光能利用率提高近一倍，这在弱光宽光谱检测场合具有重要应用。
【专利说明】一种便携式宽光谱傅立叶变换光谱仪
【技术领域】
[0001]本发明属于光谱测量【技术领域】，更具体地说，涉及一种便携式宽光谱傅立叶变换光谱仪。
【背景技术】
[0002]傅里叶变换光谱仪与光栅色散型光谱仪相比，有高光通量、高波长精度、宽光谱测量范围的优势，是近红外、中红外、远红外以及亚毫米波段最有力、最通用的光谱仪器。其中，全反射结构傅里叶变换光谱仪与透射结构傅里叶变换光谱仪相比，有光谱测量范围更宽、无需红外透镜、无色差等突出优点。
[0003]目前全反射结构傅里叶变换光谱仪多为成像光谱仪(imaging spectrometer),典型代表如:“菲涅尔双面镜的全反射式傅立叶变换成像光谱仪(专利号CN200510055609.X，申请日:2005-03-21)”，其反射镜为圆形口径、其探测器需置于远场(需置于反射式柱面镜的焦平面，以使探测面上各点两光束的光程差与该点离探测面中心的距离有线性关系)，因此体积很大，难以便携；再如“一种菲涅尔双面镜干涉成像光谱仪(专利号CN201210045815.2，申请日:2012-02_27)”，其反射镜为圆形口径、其探测器需置于远场(线阵CCD与改进型菲涅尔双面镜为远距离放置，以使探测面上各点两光束的光程差与该点离探测面中心的距离有线性关系)，因此体积大难以便携；另外，上述全反射结构傅里叶变换光谱仪光能在零光程差平面上方和下方对称分布(如图3)，存在入射光能利用率低的问题。
[0004]很多场合需要一种便携式的可对弱光进行光谱检测的宽光谱检测仪器，上述成像光谱仪可以进行宽光谱检测，但难以实现便携式。
【发明内容】
[0005]1.本发明要解决的问题
[0006]针对现有技术中全反射结构傅里叶变换光谱仪体积大、不便携以及对弱辐射光谱的检测能力受到限制的问题，本发明提供了一种便携式宽光谱傅立叶变换光谱仪，该仪器空间体积大为缩小，可实现便携化，且光能利用率提高近一倍，这在弱光宽光谱检测场合具有重要应用。
[0007]2.技术方案
[0008]发明原理:反射镜将远距离目标聚焦于针孔滤波器，从针孔滤波器出射的光经改进型菲涅尔双面镜反射后，形成针孔滤波器的两个虚像S1、S2，两路反射光在相遇处的相干区域内发生干涉，线阵C⑶与改进型菲涅尔双面镜进行近距离放置，进入针孔滤波器的光全部参与干涉并分布在零光程差平面的上方，由线阵CCD检测的干涉图数据，经数据采集系统采用“等光程差双曲线族”模型和“多像素抽取法”进行数据处理，获得光谱。
[0009]本发明的目的是通过如下途径实现的:
[0010]一种便携式宽光谱傅立叶变换光谱仪，它包括光学结构、线阵CCD和数据采集系统，所述的光学结构包括反射镜、针孔滤波器和改进型菲涅尔双面镜，在反射镜至线阵CCD的光路上，依次为反射镜、针孔滤波器、改进型菲涅尔双面镜和线阵CCD ;所述针孔滤波器位于所述的反射镜的焦点上，针孔滤波器出射的光束全部落在所述的改进型菲涅尔双面镜上；
[0011]所述的改进型菲涅尔双面镜包括平面反射镜Ml和平面反射镜M2，其中，平面反射镜Ml与平面反射镜M2从交接处分离，平面反射镜Ml沿平面反射镜Ml的镜面方向上移距离LI，平面反射镜M2沿平面反射镜M2的镜面方向上移距离L2，使平面反射镜Ml与平面反射镜M2上的两路反射光在相干区域内零光程差所在平面的上方相遇和干渉；
[0012]设SI点和S2点为针孔滤波器处S点经改进型菲涅尔双面镜的平面反射镜Ml和平面反射镜M2所成的虚像，所述线阵CXD所在位置与SI点和S2点的连线平行，线阵CXD对平面反射镜Ml与平面反射镜M2上的两路反射光的相干区域内零光程差所在平面及其上方的干涉图进行检测；
[0013]所述线阵CCD与数据采集系统连接；所述的数据采集系统采用“等光程差双曲线族”模型和“多像素抽取法”，对线阵CCD获得的干涉图数据进行处理，获得光谱。
[0014]优选地，所述的反射镜为带状。
[0015]优选地，所述平面反射镜Ml和平面反射镜M2之间的夹角0的范围为0.1°〈 0 ≤ 5°。
[0016]上述“等光程差双曲线族”模型和“多像素抽取法”是本专利 申请人:的创造性实验成果，上述数据采集系统正是采用了这两种数学模型的数据处理方法，才实现了近场情况下探測面上各点两光束的光程差与该点离探測面中心的距离为非线性关系时的光谱检測。“等光程差双曲线族”模型和“多像素抽取法”的具体定义如下:
[0017]“等光程差双曲线族”模型:取SI至S2的距离为t，空气的折射率为1，相干区域内两干涉光束的光程差为△，线阵CCD所在主截面的两路光束的干渉光场，可抽象为ー系列等光程差的双曲线，即双曲线族，对同一条双曲线上的点，两干涉光束的光程差相等，各相邻双曲线之间，两干渉光束的光程差之差A，相等，双曲线族方程为:
【权利要求】
1.一种便携式宽光谱傅立叶变换光谱仪，它包括光学结构、线阵CCD (4)和数据采集系统(5)，其特征在于，所述的光学结构包括反射镜(I)、针孔滤波器(2)和改进型菲涅尔双面镜(3)，在反射镜(I)至线阵CXD (4)的光路上，依次为反射镜(I)、针孔滤波器(2)、改进型菲涅尔双面镜(3)和线阵CXD (4);所述针孔滤波器(2)位于所述的反射镜(I)的焦点上，针孔滤波器(2)出射的光束全部落在所述的改进型菲涅尔双面镜(3)上； 所述的改进型菲涅尔双面镜(3)包括平面反射镜Ml和平面反射镜M2，其中，平面反射镜Ml与平面反射镜M2从交接处分离，平面反射镜Ml沿平面反射镜Ml的镜面方向上移距离LI，平面反射镜M2沿平面反射镜M2的镜面方向上移距离L2，使平面反射镜Ml与平面反射镜M2上的两路反射光在相干区域内零光程差所在平面的上方相遇和干渉； 设SI点和S2点为针孔滤波器(2)处S点经改进型菲涅尔双面镜(3)的平面反射镜Ml和平面反射镜M2所成的虚像，所述线阵CXD (4)所在位置与SI点和S2点的连线平行，线阵CCD (4)对平面反射镜Ml与平面反射镜M2上的两路反射光的相干区域内零光程差所在平面及其上方的干涉图进行检测； 所述线阵CCD (4)与数据采集系统(5)连接；所述的数据采集系统(5)采用“等光程差双曲线族”模型和“多像素抽取法”，对线阵CCD (4)获得的干涉图数据进行处理，获得光谱。
2.根据权利要求1所述的ー种便携式宽光谱傅立叶变换光谱仪，其特征在于，所述的反射镜(I)为带状。
3.根据权利要求2所述的ー种便携式宽光谱傅立叶变换光谱仪，其特征在于，所述平面反射镜Ml和平面反射镜M2之间的夹角0的范围为0.1°〈0≤5°。
【文档编号】G01J3/45GK103528689SQ201310508685
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】赵光兴, 赵远 申请人:安徽工业大学