基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪转让专利
申请号 : CN200810064539.8
文献号 : CN100595533C
文献日 : 2010-03-24
发明人 : 掌蕴东 , 具香春 , 袁萍
申请人 : 哈尔滨工业大学
摘要 :
本发明的目的在于提供一种可用于测量光谱，具有光谱分辨率高，体积小，稳定性高的基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪。所述的基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，利用慢光技术改变光在有限距离上的传播时间，也就是利用该技术改变光谱仪中干涉仪部分两个光路的光程差，并且能使光程差很大，显著提高了光谱仪的光谱灵敏度，并且省去了移动反射镜所需要的控制系统及准直系统，简化了仪器装置，同时省去了振动及定位误差，提高了稳定性。
权利要求 :
1.一种基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，它是由光 源、分束器、反射镜、慢光介质、探测器、滤波放大器、模数转换器、 计算机、光速控制器和波段控制器组成的，其特征在于：光源光学连 接分束器，分束器分别光学连接反射镜和慢光介质，探测器连接滤波 放大器，滤波放大器连接模数转换器，模数转换器连接计算机，计算 机分别连接光速控制器和波段控制器。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种光学仪器，具体说就是一种基于慢光光速可控技 术的傅里叶变换干涉光谱仪。
技术背景
傅里叶变换光谱仪中，最核心部分是干涉仪，决定着光谱仪的 最高分辨率及其它性能指标。无论是空气轴承干涉仪，机械轴承干涉 仪，双动镜机械转动式干涉仪，均要求两路光中的一支光线光程有变 化，通常通过移动动镜来实现这一要求。但是，两束光之间形成干涉 要求动镜和固定镜严格垂直。然而不管是空气轴承法还是机械轴承 法，动镜移动过程中的微小倾斜或振动干扰都会影响两个镜面不完全 垂直，即便采用了动态准直措施，也是滞后的，无法完全消除，并且 使设备更复杂，体积增大，操作不便。另外，动镜移动的距离及速度 都会影响干涉仪的分辨率，理论上移动距离越长分辨率越好，而传统 结构的干涉仪动镜移动范围受到仪器体积的限制，不可能做到几米甚 至几十米长，这进一步限制了光谱仪的分辨率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于测量光谱、具有光谱分辨率 高、体积小、稳定性高的基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光 谱仪。
本发明的目的是这样实现的：它是由光源、分束器、反射镜、慢 光介质、探测器、滤波放大器、模数转换器、计算机、光速控制器和 波段控制器组成的，光源光学连接分束器，分束器分别光学连接反射 镜和慢光介质，探测器连接滤波放大器，滤波放大器连接模数转换器， 模数转换器连接计算机，计算机分别连接光速控制器和波段控制器。
本发明应用慢光光速可控技术代替动镜移动技术，这种双镜均固 定的结构有效克服了振动和外界扰动等干扰，提高稳定性。而且，光 速可控技术能得到很大的群延迟，相当于传统干涉仪中的很大的动镜 移动距离，有效提高了光谱分辨率，缩小了仪器的体积。
本发明的目的是这样实现的：它是由光源、分束器、反射镜、慢 光介质、探测器、滤波放大器、模数转换器、计算机、光速控制器和 波段控制器组成的，光源光学连接分束器，分束器分别光学连接反射 镜和慢光介质，探测器连接滤波放大器，滤波放大器连接模数转换器， 模数转换器连接计算机，计算机分别连接光速控制器和波段控制器。
本发明应用慢光光速可控技术代替动镜移动技术，这种双镜均固 定的结构有效克服了振动和外界扰动等干扰，提高稳定性。而且，光 速可控技术能得到很大的群延迟，相当于传统干涉仪中的很大的动镜 移动距离，有效提高了光谱分辨率，缩小了仪器的体积。
附图说明
附图说明
图1为传统干涉仪结构与慢光干涉仪结构对比示意图；
图2为本发明结构框图。
图2为本发明结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1，结合图1，本发明一种基于慢光光速可控技术的傅里 叶变换干涉光谱仪，它是由光源、分束器、反射镜、慢光介质、探测 器、滤波放大器、模数转换器、计算机、光速控制器和波段控制器组 成的，其特征在于：光源光学连接分束器，分束器分别光学连接反射 镜和慢光介质，探测器连接滤波放大器，滤波放大器连接模数转换器， 模数转换器连接计算机，计算机分别连接光速控制器和波段控制器。
实施例2，结合图1、图2，本发明的创新点在于控制光程差的部 分。传统结构及新结构之对比见图1。图中：1：入射光；2：分束 器；3：探测器；4：固定反射镜；5：移动动反射镜；6：可调谐 慢光介质；7：光速控制系统。新结构中，避免了控制反射镜5带 来的一系列问题(最主要是由于反射镜移动距离有限导致光程差的可 改变幅度受限，无法使分辨率提高)。用慢光介质6及光速控制系统 7代替传统光谱仪中的动镜控制系统及动态准直系统，提高了分辨率 及稳定性。
实施例3：结合图2，光源a发出的光经过分束器后，分成两路光。 一路直接打到反射镜b，另一路则先经过慢光介质c，再打到反射镜b 上。这两路光反射后又回到分束器上，相互干涉。干涉图由探测器d 接收。接收的信号经过滤波放大器e放大，经A/D转换器f后输入到计 算机g里。干涉仪中两路光的光程差由计算机发出控制信号并通过光 速控制器h控制。计算机g同时可以人为控制波段，经波段控制器i对 分束器及控制器的响应波段进行选择及控制。
实施例4：结合图2，本发明基于慢光光速可控技术的傅里叶变换 干涉光谱仪的工作原理如下：光经过分束器后，分成两路光，一路直 接打到反射镜，另一路则先经过慢光介质，再打到反射镜上，也就是 两个反射镜都是固定的；光程差的控制是通过控制慢光介质中经过的 光的光速实现，这样，不仅能使仪器占用空间缩小，而且能使仪器的 光谱分辨率比原先的光谱仪更高，因为通过慢光技术，可以使群折射 率变得很大，在一些情况下甚至高达106，于是可以使两光束的光程 差很大，也就是能使光谱分辨率很高。
本发明基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，还有以 下技术特征：
(1)所述的基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，光 学系统中干涉仪部分形成干涉的两路光的反射镜均固定。
(2)所述的基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，利 用慢光介质改变干涉仪中两路光的光程差。
(3)所述的基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，利 用群速度控制系统使光群速度在慢光介质中实现慢光传输。
(4)所述的基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，光 谱分辨率与群折射率成正比关系。
实施例1，结合图1，本发明一种基于慢光光速可控技术的傅里 叶变换干涉光谱仪，它是由光源、分束器、反射镜、慢光介质、探测 器、滤波放大器、模数转换器、计算机、光速控制器和波段控制器组 成的，其特征在于：光源光学连接分束器，分束器分别光学连接反射 镜和慢光介质，探测器连接滤波放大器，滤波放大器连接模数转换器， 模数转换器连接计算机，计算机分别连接光速控制器和波段控制器。
实施例2，结合图1、图2，本发明的创新点在于控制光程差的部 分。传统结构及新结构之对比见图1。图中：1：入射光；2：分束 器；3：探测器；4：固定反射镜；5：移动动反射镜；6：可调谐 慢光介质；7：光速控制系统。新结构中，避免了控制反射镜5带 来的一系列问题(最主要是由于反射镜移动距离有限导致光程差的可 改变幅度受限，无法使分辨率提高)。用慢光介质6及光速控制系统 7代替传统光谱仪中的动镜控制系统及动态准直系统，提高了分辨率 及稳定性。
实施例3：结合图2，光源a发出的光经过分束器后，分成两路光。 一路直接打到反射镜b，另一路则先经过慢光介质c，再打到反射镜b 上。这两路光反射后又回到分束器上，相互干涉。干涉图由探测器d 接收。接收的信号经过滤波放大器e放大，经A/D转换器f后输入到计 算机g里。干涉仪中两路光的光程差由计算机发出控制信号并通过光 速控制器h控制。计算机g同时可以人为控制波段，经波段控制器i对 分束器及控制器的响应波段进行选择及控制。
实施例4：结合图2，本发明基于慢光光速可控技术的傅里叶变换 干涉光谱仪的工作原理如下：光经过分束器后，分成两路光，一路直 接打到反射镜，另一路则先经过慢光介质，再打到反射镜上，也就是 两个反射镜都是固定的；光程差的控制是通过控制慢光介质中经过的 光的光速实现，这样，不仅能使仪器占用空间缩小，而且能使仪器的 光谱分辨率比原先的光谱仪更高，因为通过慢光技术，可以使群折射 率变得很大，在一些情况下甚至高达106，于是可以使两光束的光程 差很大，也就是能使光谱分辨率很高。
本发明基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，还有以 下技术特征：
(1)所述的基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，光 学系统中干涉仪部分形成干涉的两路光的反射镜均固定。
(2)所述的基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，利 用慢光介质改变干涉仪中两路光的光程差。
(3)所述的基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，利 用群速度控制系统使光群速度在慢光介质中实现慢光传输。
(4)所述的基于慢光光速可控技术的傅里叶变换干涉光谱仪，光 谱分辨率与群折射率成正比关系。