[发明专利]一种基于MEMS微镜的干涉仪一体镜及系统

说明书

本发明公开了一种基于MEMS微镜的干涉仪一体镜及系统，适用于紧凑型FTIR光谱测量系统。基于迈克尔逊干涉原理，将MEMS微镜与传统干涉系统进行集成，缩小系统体积、简化装调误差和提高稳定性。将干涉一体镜设计成对称结构，减少温度变化导致的热变形对干涉的影响，并且所述干涉仪一体镜对系统的其它光学元件的装配误差不敏感。所述干涉一体镜不同于传统迈克尔逊干涉仪，取消了定镜的使用，对MEMS微镜前表面和后表面反射回来的光进行干涉，放大光束之间的光程差，从而提高光谱分辨率，降低了对MEMS微镜的最大振幅要求。

技术领域

本发明属于MEMS微镜的紧凑型FTIR光谱测量技术领域，更具体地，涉及一种基于MEMS微镜的干涉仪一体镜及系统。

背景技术

傅里叶变换红外光谱仪(Fourier Transform Infrared Spectrometer，FTIR)主要由迈克尔逊干涉仪和计算机组成。迈克尔逊干涉仪的主要功能是使光源发出的光分为两束后形成一定的光程差，再使之复合以产生干涉，所得到的干涉图函数包含了光源的全部频率和强度信息。用计算机将干涉图函数进行傅里叶变换，就可计算出原来光源的强度按频率的分布。它克服了色散型光谱仪分辨能力低、光能量输出小、光谱范围窄、测量时间长等缺点。它不仅可以测量各种气体、固体、液体样品的吸收、反射光谱等，而且可用于短时间化学反应测量。目前，红外光谱仪在电子、化工、医学等领域均有着广泛的应用。

传统的基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)微镜的FTIR光谱仪的干涉仪部分由分离的定镜、动镜和分束器组成，不仅体积比较大，而且装配难度很高，各光学件均需要精密微调。另外干涉仪对温度比较敏感，温度变化导致的光学或机械部分的热变形也会影响系统性能。由于采用分离的光学件，对抗振性和稳定性的要求也比一体镜的要求高。

基于MEMS微镜的FTIR光谱仪的光谱分辨率是由MEMS微镜的最大行程决定的，传统的定镜、动镜与分束器的组合，双光束干涉的最大光程差是MEMS微镜最大行程的2倍关系，为了提高光谱分辨率，只能尽可能提高MEMS微镜的最大行程，但又由于工艺或其它原因，MEMS微镜的最大行程受到诸多限制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于MEMS微镜的干涉仪一体镜及系统，其目的在于解决传统干涉仪装配难度高、抗振性差、光谱分辨率不高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种基于MEMS微镜的干涉仪一体镜，所述一体镜包括：分光三棱镜、增透三棱镜、第一导光三棱镜、第二导光三棱镜和MEMS微镜；

分光三棱镜的垂直面与增透三棱镜的垂直面接触，入射光垂直于分光三棱镜的斜面入射至接触面，其与接触面的接触点即为分光点，入射光在分光点分成两光束，其中，第一光束经分光三棱镜反射至第一导光三棱镜，第一导光三棱镜引导第一光束垂直入射至MEMS微镜的第一镜面；第二光束经增透三棱镜透射至第二导光三棱镜，第二导光三棱镜引导第二光束垂直入射至MEMS微镜的第二镜面；MEMS微镜为双面反射镜，用于调整两光束的光程差，调整光程差后的两光束原路返回至分光点，在分光点发生干涉后从增透三棱镜的斜面垂直射出。

优选地，第一导光三棱镜的垂直面和第二导光三棱镜的垂直面平行相对设置，MEMS微镜在两垂直面之间平行往复移动，调整两光束的光程差。

优选地，分光三棱镜与增透三棱镜对称，第一导光三棱镜与第二导光三棱镜对称。

优选地，分光三棱镜的另一垂直面与第一导光三棱镜的垂直面接触，增透三棱镜的另一垂直面与第二导光三棱镜的垂直面接触；

第一光束从分光三棱镜的另一垂直面出射后，从接触面入射至第一导光三棱镜的斜面并经斜面反射垂直入射至MEMS微镜的第一镜面；第二光束从增透三棱镜的另一垂直面出射后，从接触面入射至第二导光三棱镜的斜面并经斜面反射垂直入射至MEMS微镜的第二镜面。