(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210811553.X (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 中国科学院上海技 术物理研究所 地址 200083 上海市虹口区玉田路5 00号 (72)发明人 杨秋杰　何志平　王翔　栾一飞　 李飞飞　 (74)专利代理 机构 上海沪慧律师事务所 3131 1 专利代理师 郭英 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/25(2006.01) G01J 3/45(2006.01) (54)发明名称 一种激光2N倍光程采样的被动探测式傅里 叶光谱仪装置 (57)摘要 本发明公开了一种激光2N倍光程采样的被 动探测式傅里叶光谱仪装置。 该装置基于奈奎斯 特采样定理、 等倾干涉技术和自对准技术， 核心 干涉模块采用激光干涉仪与 目标信号干涉仪共 光路设计， 通过分束器分孔径设计、 激光干涉臂 平面反射镜的平行平板设计、 分束器与干涉臂的 自对准设计， 使激光干涉光路中引入2N次折返从 而获得2N倍采样光程， 从而增加激光器的可选波 长范围， 2N倍光程采样激光干涉仪提供目标干涉 仪的采样脉冲， 获得目标的冗余离散强度值， 通 过傅里叶变化获取目标的光谱信息， 从而提高信 号反演的信噪比， 适用于傅里叶光谱仪领域。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 115165743 A 2022.10.11 CN 115165743 A 1.一种激光2N倍光程采样的被动探测式傅里叶光谱仪装置， 其特征在于： 所述的被动 探测式傅里叶光谱仪装置依据光路传输先后顺序依次排列放置包括超稳激光(1)、 超宽谱 平行光源(2)、 干涉模块(3)、 样品室(4)、 激光探测器(5)、 探测器模块(6)， 控制采集处理计 算机(7)。 2.根据权利要求1所述的一种激光2N倍光程采样的被动探测式傅里叶光谱仪装置， 其 特征在于： 所述超宽谱平行光源(2)由宽谱发光体(8)、 椭球反光碗(9)、 电控 可调光阑(10)、 离轴抛物面反射镜(11)构成且共轴； 宽谱发光体(8)位于椭球反光碗(9)的第一个焦点， 电 控可调光阑(10)位于椭球 反光碗(9)的第二个焦点， 轴抛物 面反射镜(11)与椭球 反光碗(9) 的第二个焦点共焦； 电控可调光阑(10)的开孔大小依据系统的光谱分辨率由控制采集处理 计算机(7)智能调控， 电控可调光阑(10)的开孔直径φ与系统的光谱分辨率ν、 工作波段的 最大波数σmax， 以及离轴抛物面反射镜(1 1)的焦距f ′之间的约束关系满足： 3.根据权利要求1所述的一种激光2N倍光程采样的被动探测式傅里叶光谱仪装置， 其 特征在于： 所述傅里叶光谱仪装置的最大光谱分辨率νmax， 与直线电机最大行程Lmax， 分束器 (12)与激光(1)入射 光的夹角 β， 之间的关系满足： 4.根据权利要求3所述的一种激光2N倍光程采样的被动探测式傅里叶光谱仪装置， 其 特征在于： 所述分束器(12)包含4个不同的功能表面区域， 半反半透表面(26)， 增透表面 (27)， 增透表面(28)， 反射表面(29)； 分束器(12)的半径R与反射镜(13)的初始位置L1， 直线 电机最大行程Lmax， 平面反射镜(15)的长度l1， 分束器(12)与激光(1)入射光的夹角β， 激光 (1)入射光与平面反射镜(15)的夹角 α 之间的约束关系满足： R≥(L1+Lmax)sinβ +l1sinα 半反半透表面(26)的长度l2与反射镜(13)的初始位置L1， 分束器(12)与激光(1)入射光 的夹角 β 的约束关系满足： l2＝L1sinβ 。 5.根据权利要求1所述的一种激光2N倍光程采样的被动探测式傅里叶光谱仪装置， 其 特征在于： 所述干涉模块(3)由分束器(12)、 固定反射镜(14)、 直线电机(17)和固定于直线电机上 的反射镜(13)组成； 反射镜(13)与固定反射镜(14)完全相同， 且位于零位的反射镜(13)与 固定反射镜(14)的位置关于分束器(12)的半反半透面(26)对称； 所述固定反射镜14包含平 面反射镜(15)和小平 面反射镜(16)， 小平 面反射镜(16)与平 面反射镜(15)的末端构成平行 平板内反射体； 小平面反射镜(16)的长度l与采样光程差的倍数n， 平行平板的间距d， 激光 (1)入射光与平面反射镜(15)的夹角 α 之间的约束关系满足： 权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115165743 A 2一种激光2N倍光程采 样的被动探测式傅里叶光谱 仪装置 [0001]本发明所涉及的傅里叶光谱仪装置， 是一种n倍光程采样的被动探测式傅里 叶光 谱仪装置。 该发明基于奈奎斯特采样定理、 等倾干涉技术和自对准技术， 核心干涉模块采用 激光干涉仪与目标信号干涉仪共光路设计， 通过分束器分孔径设计、 激光干涉臂平面反射 镜的平行平板设计、 分束器与干涉臂的回路设计， 使激光干涉光路中引入2N次折返从而获 得2N倍采样光程， 从而增加激光器的可选波长范围， 2N倍光程采样激光干涉仪提供目标干 涉仪的采样脉冲， 获得目标的冗余离散强度值， 通过傅里叶变化 获取目标的光谱信息， 从而 提高信号反演的信噪比， 适用于傅里叶光谱仪领域。 背景技术 [0002]傅里叶光谱技术具有多通道、 高通量、 高分辨率的优点， 在材料、 生命、 药学等领域 有广泛的应用。 [0003]傅里叶光谱仪中包含两个干涉仪： 激光干涉仪和目标信号干涉仪。 激光干涉仪的 作用是提供等光程差的采样脉冲， 这些采样脉冲激发目标干涉仪的采样， 获得目标信号一 系列的强度信息， 通过对强度信息进行傅里叶变换， 获取其 光谱信息 。 [0004]傅里叶光谱仪采用激光干涉仪和目标干涉仪同光路的设计， 即激光干涉仪和目标 干涉仪等光程。 激光干涉仪的激光频率选择必须满足奈奎斯特采样定理， 即仪器光谱范围 为( λ1， λ2)的傅里叶光谱仪， 其采样激光的波长必须小于仪器光谱范围最短波长的二分之 一， 即必须小于或等于 对于工作 波长大于 1.5 μm的红外傅里叶光谱仪， 满足奈奎斯特采 样定理的激光波长必须小于0.75 μm， 多采用稳定的氦氖激光(632.8nm)。 而随着傅里叶光谱 仪工作波段向可 见段延伸， 采样激光的波长向紫外段延伸， 这 为激光器的选择 带来了困难。 [0005]现有解决可见傅里叶光谱仪激光干涉仪采样困难的方案有两种， 第一是采用步进 电机， 通过步进电机的等间隔移动 实现奈奎斯特采样， 这种 方案采用的步进电机核心部件 为交叉滚柱轴承， 随着运动不断损耗， 影响仪器的寿命和测量精度， 其次步进电机的步长重 复性随机偏差带来非等光程采样， 会引起反演干涉图的失真。 第二种 是对原有激光产生的 时钟序列进行n倍频， 从而实现奈奎斯特采样， 这种 方案增加电子学 的复杂性， 同时会在电 路中增加延时， 使目标采样 滞后， 引起反演干涉图的失真。 [0006]上述现有技术的缺点主要体现在以下两个方面： 一、 基于步进电机等间隔移动的 奈奎斯特采样， 受限于步长的重复性偏差， 会引起反演 干涉图的失真， 同时步进电机的交叉 滚柱轴承不可避免的摩擦损耗影响仪器的寿命和测量精度； 二、 基于激光干涉时钟序列n倍 频的奈奎斯特采样， 受制于采样自身带来的电路延迟、 噪声等， 引起反演干涉图的失真。 发明内容 [0007]针对现有技术的上述不足， 本发明提供了一种n倍光程采样的被动探测式傅里 叶 光谱仪装置， 适用于傅里叶光谱仪研制、 光谱分析等领域。 [0008]本发明的技 术方案如下：说　明　书 1/6 页 3 CN 115165743 A 3