專利名稱：靜態(tài)傅立葉光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及科學(xué)儀器，尤其是一種光譜儀器。
背景技術(shù)：
光譜儀是一種重要而常用的科學(xué)儀器，用于對(duì)光源和物質(zhì)進(jìn)行精密的分析。為了提 高儀器的分析靈敏度、精度和速度等性能，不斷有人采用新的技術(shù)和器件改進(jìn)光譜儀。
如王柯敏等設(shè)計(jì)的發(fā)明專利(CCD光柵集成全波長光譜儀，專利號(hào)CN01114410.6)， 溫志渝等設(shè)計(jì)的發(fā)明專利(集成化微型光譜儀，專利號(hào)CN02119512.9)，袁洪福等設(shè)計(jì) 的發(fā)明專利(在線近紅外光譜儀，申請(qǐng)?zhí)朇N02125852.X)，劉木清設(shè)計(jì)的發(fā)明專利(手 持式光譜儀，申請(qǐng)?zhí)朇N01254633.X)，劉木清等設(shè)計(jì)的發(fā)明專利(一種0.7-1.7微米波 段的近紅外光譜儀，申請(qǐng)?zhí)朇N03270366.X)。在上述設(shè)計(jì)均為光柵光譜儀，采用光柵和 CCD (電荷耦合器件)作為來提高光譜儀的性能。CCD具有快速的優(yōu)點(diǎn)，但相對(duì)于光電 倍增管等其他光電器件，CCD的靈敏度要低很多，在分析某些物質(zhì)成分時(shí)仍顯不足。反 之，傅立葉光譜儀具有高靈敏度的特點(diǎn)，但需要精密的運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量速度 緩慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)一種既具高速度，又 具高靈敏度，結(jié)構(gòu)簡單，還不需運(yùn)動(dòng)部件，不需要調(diào)整的新型光譜儀。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的第一種技術(shù)方案如下
一種靜態(tài)傅立葉光譜儀，包括直角分束棱鏡和陣列式光敏器件，所述直角分束棱鏡 包括第一和第二兩個(gè)相互成直角的相鄰平面，第一平面A為階梯形反射光柵面，第二平 面B為鍍有反射膜的平面，被測平行光到達(dá)所述直角分束棱鏡之后，分成兩部分， 一部 分透過分束面后垂直到達(dá)第二平面B，由該平面反射后再由分束面反射達(dá)到陣列式光敏 器件，另一部分光由分束面反射后垂直到達(dá)第一平面A，經(jīng)該平面反射后透過分束面達(dá) 到陣列式光敏器件。 .
上述的傅立葉光譜儀，陣列式光敏器件可以是線陣CCD、面陣CCD、面陣CMOS 圖像傳感器或微通道陣列光電倍增管PMT。
本發(fā)明提出的第二種技術(shù)方案如下
一種靜態(tài)傅立葉光譜儀，包括直角分束棱鏡和陣列式光敏器件，所述直角分束棱鏡 包括第一和第二兩個(gè)相互成直角的相鄰平面，第一平面A和第二平面B均為階梯形反射 光柵面，所述的兩個(gè)反射光柵面的刻線方向相垂直，被測平行光到達(dá)所述直角分束棱鏡之后，分成兩部分， 一部分透過分束面后垂直到達(dá)第二平面B，由該平面反射后再由分 束面反射達(dá)到陣列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到達(dá)第一平面A，經(jīng)該 平面反射后透過分束面達(dá)到陣列式光敏器件。
上述的傅立葉光譜儀，陣列式光敏器件可以面陣CCD、面陣CMOS圖像傳感器或微 通道陣列光電倍增管PMT。
本發(fā)明改進(jìn)麥克耳遜干涉儀的設(shè)計(jì)，以直角分束棱鏡一個(gè)部件，替代在麥克耳遜干 涉儀中的分束鏡和兩面反射鏡，在直角分束棱鏡的一個(gè)或兩個(gè)相鄰的透射面制成階梯光 柵，以陣列式光敏器件，如CCD或CMOS圖像傳感器作為光電信號(hào)檢測器件作為接收 器件，使陣列式光敏器件的每個(gè)(列)象素、階梯光柵的每個(gè)反射面與另一個(gè)臂都構(gòu)成 一個(gè)微型的麥克耳遜干涉儀，每個(gè)微型干涉儀中的光程差都不同，陣列式光電器件在接 收到不同光程差的干涉信號(hào)后，通過傅立葉變換，可以實(shí)現(xiàn)光譜測量。此種設(shè)計(jì)，使得 光譜儀的結(jié)構(gòu)大大簡化，不需運(yùn)動(dòng)部件，不需要調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)高速度高靈敏度光譜分 析。


圖l為本發(fā)明實(shí)施例1的光路原理圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的光路原理圖。 附圖標(biāo)記
1為直角分束棱鏡 2為陣列式光敏器件
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
本發(fā)明的光柵傅立葉光譜儀實(shí)施例一:
如圖1所示，被測平行光通過直角分束棱鏡1分成兩部分， 一部分透過分束面到達(dá)
直角分束棱鏡的平面B，平面B鍍有反射膜構(gòu)成反射鏡，由平面B反射后再由分束面反 射達(dá)到陣列式光敏器件2;另一部分光由分束面反射到達(dá)直角分束棱鏡的平面A，平面A 是階梯形反射光柵，這部分光在平面A反射后具有不同的光程差，透過分束面后到達(dá)陣 列式光敏器件2，但這一部分光的光程各不相同，因而與前面所述的一部分光在陣列式光 敏器件2的發(fā)生干涉時(shí)，陣列式光敏器件2測得波長不同的最大干涉強(qiáng)度光，通過對(duì)陣 列式光敏器件2得到的光電信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，便可得到被測光的頻譜。
陣列式光敏器件可以采用線陣的CCD光敏傳感器，也可以采用面陣的CCD光敏(圖 像)傳感器或CMOS光敏(圖像)傳感器，如敏通公司的13V5H等，也可以釆用其他 的面陣光敏(圖像)傳感器，如陣列式光電倍增管(PMT)等。
在采用面陣光敏(圖像)傳感器時(shí)，與光柵刻槽方向相同(或說接收同一刻槽反射光)象素檢測到的信號(hào)可以疊加之后再進(jìn)行傅立葉變換，可以大幅度提高光譜儀的靈敏 度和光譜幅值的精度。
本發(fā)明的光柵傅立葉光譜儀實(shí)施例二
如圖2所示，被測平行光通過直角分束棱鏡1分成兩部分， 一部分透過分束面到達(dá) 直角分束棱鏡的平面B，平面B是階梯形反射光柵，這部分光在平面B反射后具有不同 的光程差，透過分束面后到達(dá)陣列式光敏器件2;另一部分光由分束面反射到達(dá)直角分束
棱鏡的平面A，平面A也是階梯形反射光柵，但其刻線方向與平面B的刻線方向相垂直， 這部分光在平面A反射后也具有不同的光程差，透過分束面后到達(dá)陣列式光敏器件2。 在陣列式光敏器件2每個(gè)象素接收到的兩部分光的光程各不相同，通過對(duì)陣列式光敏器 件2得到的光電信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，便可得到被測光的頻譜。
陣列式光敏器件可以采用面陣的CCD光敏(圖像)傳感器或CMOS光敏(圖像) 傳感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面陣光敏(圖像)傳感器，如陣列 式光電倍增管(PMT)等。
通過適當(dāng)調(diào)整，可以使得面陣光敏(圖像)傳感器每個(gè)象素點(diǎn)得到波長的不同最大 干涉強(qiáng)度光，因而本實(shí)施例可以比實(shí)施例一提高幾個(gè)量級(jí)的波長分辨率。
需要說明的是，本發(fā)明屬于一種組合發(fā)明，是一種在技術(shù)應(yīng)用上具有創(chuàng)新性的發(fā)明， 其中所涉及的光柵和光敏(圖像)傳感器等，都屬于已有技術(shù)并且已有多種形式和應(yīng)用。 在此不對(duì)其細(xì)部特征再作敘述。
此外，這里以本發(fā)明的實(shí)施例為中心展開了詳細(xì)的說明，所描述的優(yōu)選方式或某些 特性的具體體現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)理解為本說明書僅僅是通過給出實(shí)施例的方式來描述本發(fā)明，實(shí) 際上在組成、構(gòu)造和使用的某些細(xì)節(jié)上會(huì)有所變化，包括部件的組合和組配，這些變形 和應(yīng)用都應(yīng)該屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種靜態(tài)傅立葉光譜儀，包括直角分束棱鏡和陣列式光敏器件，所述直角分束棱鏡包括第一和第二兩個(gè)相互成直角的相鄰平面，第一平面(A)為階梯形反射光柵面，第二平面(B)為鍍有反射膜的平面，被測平行光到達(dá)所述直角分束棱鏡之后，分成兩部分，一部分透過分束面后垂直到達(dá)第二平面(B)，由該平面反射后再由分束面反射達(dá)到陣列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到達(dá)第一平面(A)，經(jīng)該平面反射后透過分束面達(dá)到陣列式光敏器件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述傅立葉光譜儀，其特征在于，所述陣列式光敏器件為線陣 CCD。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述傅立葉光譜儀，其特征在于，所述陣列式光敏器件為面 陣CCD。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述傅立葉光譜儀，其特征在于，所述陣列式光敏器件為面陣 CMOS圖像傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述傅立葉光譜儀，其特征在于，所述陣列式光敏 器件為微通道陣列光電倍增管PMT。
6. —種靜態(tài)傅立葉光譜儀，包括直角分束棱鏡和陣列式光敏器件，所述直角分束棱 鏡包括第一和第二兩個(gè)相互成直角的相鄰平面，第一平面(A)和第二平面(B)均為階 梯形反射光柵面，所述的兩個(gè)反射光柵面的刻線方向相垂直，被測平行光到達(dá)所述直角 分束棱鏡之后，分成兩部分， 一部分透過分束面后垂直到達(dá)第二平面(B)，由該平面反 射后再由分束面反射達(dá)到陣列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到達(dá)第一平 面(A)，經(jīng)該平面反射后透過分束面達(dá)到陣列式光敏器件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述傅立葉光譜儀，其特征在于，所述陣列式光敏器件為面陣 CCD。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述傅立葉光譜儀，其特征在于，所述陣列式光敏器件為面陣 CMOS圖像傳感器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述傅立葉光譜儀，其特征在于，所述陣列式光敏器件為微通道 陣列光電倍增管PMT。全文摘要
本發(fā)明屬于光譜儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及兩種具有相同發(fā)明構(gòu)思的靜態(tài)傅立葉光譜儀，其中的一種靜態(tài)傅立葉光譜儀，包括直角分束棱鏡和陣列式光敏器件，所述直角分束棱鏡包括第一和第二兩個(gè)相互成直角的相鄰平面，第一平面(A)為階梯形反射光柵面，第二平面(B)為鍍有反射膜的平面，被測平行光到達(dá)所述直角分束棱鏡之后，分成兩部分，一部分透過分束面后垂直到達(dá)第二平面(B)，由該平面反射后再由分束面反射達(dá)到陣列式光敏器件，另一部分光由分束面反射后垂直到達(dá)第一平面(A)，經(jīng)該平面反射后透過分束面達(dá)到陣列式光敏器件。本發(fā)明提供的靜態(tài)傅立葉光譜儀是構(gòu)造極為簡單，既具高速度，穩(wěn)定可靠，又具高靈敏度和高分辨率，還不需運(yùn)動(dòng)部件。
文檔編號(hào)G01N21/25GK101281062SQ20081005321
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者剛 李, 凌 林 申請(qǐng)人:天津大學(xué)