一种紧凑结构型干涉仪的设计
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1 基本原理
干涉仪的光学结构如图 1中虚 线框 内所示 ,其主要 由立
系统 的非理想性而降低 。与采用平面镜作为 动镜 的干涉 系统 相比, 影响本工作 所 涉及 的干 涉仪 调制 效率 的参 量 有所 增 加 ,但要求较为宽松 , 在加工与实际调试中易于实现 。
体角镜 、固定平 面镜 、 分束器 及补偿板 等部分 构成 。立体 角 镜 2在直线电机的驱动下沿光轴方向做往复直线 运动 ,当动
于传统 动镜 运动干涉仪 的光程差 ,解决 了动镜在 运动过程 中
倾斜 的问题 ,提高 了干涉仪的抗震性 ,同时 降低 了机 械加工
与光学 调整的难 度 。
理想情况下的干涉信号的调制度 M 一了 I =  ̄ = = = x _ - F/ r a i n —l
。
在实际 的 F T I R系统 中, 干涉信号 的调制度会 受到光 学
为分辨率 , O ' m a 为所测波段最 大波数值 。
光 阑设置不 当 , 散射光过 强 , 测 量重复 性降低 ,差谱 会产生
本仪器选取美 国 B o s t o n电子公 司生 产的 I R - 1 2 光源 , 并 设置光 阑直径≤2 I T t r n 。
2 . 2 分 束器
( 2 O 1 2 2 1 2 O 2 O 2 O 9 ) 资助
作者简介 : 石
磊, 1 9 8 6 年生 , 武汉大学电子信息学 院博士研究生
e - ma i l :q s wu @ wh u . e d u . c n
e - m a i l : e i s S h i L e i @w h u . e d u . c r l
*通 讯联 系 人
第 8期
He Ne 激 光器 作为参考激光 。
光谱学 与光谱分析
2 2 9 5
度 。而缩小光 阑孔径时 ,光通 量降低 , 但可挡掉一些杂散光 ,
改善输 出光 的质量 , 可 以提高光谱 分辨率 。适合 的光 阑角度 的计算公式 如下
p一 ( 5 )
其 中 为光 阑角 , 峰位移[ 。
直、 匀速与平稳。 实验表 明仪器的波数精度 、 分辨率 、 信噪 比等关键指标能够满足实际应用的需要 。
关键 词 光谱学 ; 傅 里叶变换红 外光谱仪 ; 干涉仪 ; 动镜 ;立体 角镜
文献标识码 : A D O I : 1 0 . 3 9 6 4 / j . i s s n . 1 0 0 0 — 0 5 9 3 ( 2 0 1 3 ) 0 8 — 2 2 9 4 — 0 5
式 中,z为光程差 , L为动镜 与零光程差点 的距离 。
收 稿 日期 :2 0 1 2 - 1 1 — 2 7 . 修 订 日期 : 2 0 1 3 — 0 2 — 2 5
基金项 目:国家 科 技 支撑 计 划项 目( 2 0 1 1 B A F 0 2 B 0 2 ) ,国家 “ 十 五” 科技 攻 关 项 目( 2 0 0 4 B A 2 1 0 A 0 2 ) ,中 央高 校 基 本 科 研 业 务费 专 项
一
种 紧凑 结构 型 干涉仪 的设计
石 磊 , 李 凯, 高志帆 ,曾立波 , 吴琼水
武汉大学 电子信息学院, 湖北 武汉 4 3 0 0 7 9
摘
要
设计 了一种基于立体角镜与 固定平面镜组 合的紧凑结 构型 干涉 仪系统 ,分析其 光学系 统 , 得 到各
器件 的影响与设计指标 。 对动镜驱动 系统进 行设计 与分析 ,并通过 P I D算法进 行调速 ,确保动 镜运动 的准
2一 t l t 2 t 3 t 4 2 r mr 2 t 4 t 3 r 2 t 3 t t
镜离开零光程差点 L时 ,产生光程差 为
X一 4 L ( 1 )
2 光学设计
图 2为傅 里叶变换红外光谱仪 的光学结构 组成 的 3 D示 意图 。 其 中动镜 、 定镜 和分束器构 成 了迈 克尔逊 干涉仪 ,是 整个傅里 叶变 换 光 谱 仪 的光 学 核 心 。仪 器 使 用 6 3 2 . 8 D i n
中图分类号 : TH7 4 4 . 1
引 言
傅里叶变换红外光谱仪( F o u r i e r t r a n s f o r r n i n f r a r e d s p e c — t r o me t e r , F T I R) 在石油化工 、医药卫 生、气 象环境 、生物 等 众多领域有着广泛 的应用 。与分光 型红外光 谱仪相 比, 傅 里 叶变换红外光谱仪具有扫描速度快 、高通量 、 高分 辨率与 高 信噪 比等一系列优势 _ 1 ] 。而 F - F I R最大 的问题 在于 ,动镜 在 扫描时会发生倾斜 ,导致 光束 发生偏转 ,影响 干涉 图的调 制 度 ,还会带来相位误 差 , 从而影响复原光谱质量_ 1 蜘。 针对这一 问题 ,本 工作 对 干涉仪 的 结构 进行 研 究与 设 计 ,采用立体角镜与 固定平面折返镜组 合的方式 ,设计 了一 种具有 紧凑结构 的干涉仪 。在空间上压 缩 了光路 ,产 生两倍
第3 3 卷, 第8 期
2 0 1 3年 8月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
S p e c t r o s c o p y a n d S p e c t r a l An a l y s i s
Vo 1 . 3 3 , No . 8, p p 2 2 9 4 — 2 2 9 8 Au g u s t ,2 0 1 3
F i g . 2 3 D s t r u c t u r e o f t h e i n t e r f e r o me t e r
干涉仪经分束器 的透射与反射如 图 4所示 ,当入射光束
经过干涉仪之后 ,光束 1 与光束 2可以表示为
重 1一 t 1 r 2 t 1 1 r t t 2 t 3 t t 4 e i O 1