[发明专利]一种摆动式傅里叶变换红外光谱装置

说明书

本发明公开了一种摆动式傅里叶变换红外光谱装置，包括准直镜L1，分束器BS，四个平面反射镜M1、M2、M3、M4，T形摆动反射镜组M5，成像镜L2和探测器D，T形摆动反射镜组M5由两个垂直放置的反射镜组成，随摆臂沿固定轴在设定的摆角θ内做摆动，从而得到随时间变化的光程差；分束器BS与T形摆动反射镜组M5位于同一水平线；平面反射镜M1和M3平行放置，并以零摆角位置时的摆臂为对称轴对称放置；平面反射镜M2与入射光平行，平面反射镜M4与入射光垂直，并以零摆角位置时的摆臂为对称轴对称放置。该装置结构简单且容易实现，能避免光线倾斜的缺点，降低了对运动部件的精度要求，同时提高了光谱分辨率。

技术领域

本发明涉及红外光谱仪技术领域，尤其涉及一种摆动式傅里叶变换红外光谱装置。

背景技术

红外光谱仪是对物质的化学组成进行探测的有效科学仪器，具有精度高、分析速度快、结果稳定、分析过程无破坏性等优点。红外光谱仪可以用于定性分析，也可以用于定量分析，还可以对未知物进行剖析，是科研和工程领域必不可少的分析技术，在化工、医药、环境、鉴定、公检法等领域得到了广泛的应用，傅里叶变换红外光谱仪(Fourier TransformInfraRed Spectrometer，FTIR)相比其它类型的红外光谱仪，具有测量精度高、杂散光低、分辨率高、光通量大、测定速度快和测量波段宽等优势，是光谱分析强有力的工具。

傅里叶变换红外光谱仪从实现的方式上，主要可以分为时间调制型和空间调制型两类，空间调制型傅里叶变换光谱技术中无运动部件，具有很好的稳定性，但系统的光谱分辨率偏低；时间调制型FTIR大多基于迈克尔逊干涉仪及其变形结构，如图1所示为现有技术中典型的基于迈克尔逊干涉仪的直线往复平动式FTIR结构示意图，其通过控制动镜的直线运动来改变两束干涉光的光程差，得到干涉图，系统主要由准直镜L1，分束器BS，固定反射镜M1，动镜M2，成像镜L2和探测器D组成。光线经过准直镜L1准直后进入干涉仪系统，分束器BS将光线分为透射和反射两路光，其中反射光经过定镜M1反射后回到分束器BS，透射光经过动镜M2反射后也返回分束器BS，两路光在分束器汇合后形成干涉光，其中一部分光经成像镜L2汇聚后被探测器D接收；工作过程中，随着动镜M2的往复平动，使得干涉仪的两臂产生随时间变化的光程差，系统光程差x与动镜M2移动距离d相关。

x＝2d (1)

动镜M2通过往复平动一个行程后，在探测器上可以得到一定光程差内的完整干涉强度信息，对于复色光而言，探测器上的干涉图强度表达式如下：

式中，σ为入射光波数，B(σ)为入射的光谱强度，σ_min～σ_max为入射波数范围。得到系统的干涉强度后，通过傅里叶变换等数据处理即可复原出目标的原始光谱信息。傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率正比于两相干光束间最大光程差的倒数,考虑到切趾函数不同,光谱分辨率的值总介于1/2L到1/L之间,L为光谱仪的最大光程差，即L愈大,光谱分辨率也愈高。

上述平动式迈克尔逊型光谱仪对动镜的运动精度要求非常严格，动镜在运动过程中产生的倾斜将会使反射回的光线产生倾角，导致干涉图的调制度下降，因此在平动式迈克尔逊型光谱仪中需严格控制动镜运动过程中的倾斜量，对动镜的运动控制提出较高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种摆动式傅里叶变换红外光谱装置，该装置结构简单且容易实现，能避免光线倾斜的缺点，降低了对运动部件的精度要求，同时提高了光谱分辨率，具有极大的实用价值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种摆动式傅里叶变换红外光谱装置，所述装置包括准直镜L1，分束器BS，四个平面反射镜M1、M2、M3、M4，T形摆动反射镜组M5，成像镜L2和探测器D，其中：