專利名稱：一種光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進(jìn)行光譜分析的光譜儀，尤其涉及基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具時(shí)序分光的 光譜儀。
背景技術(shù)：
光譜儀是把成分復(fù)雜的光中分解開來后分別探測(cè)各成分的儀器。光譜儀有 很多類型，除在可見光波段使用的光譜儀外，還有紅外光譜儀和紫外光譜儀。 按照色散元件的不同，光譜儀可以分為棱鏡光譜儀、光柵光譜儀和干涉光譜儀。 另外，光謙儀與其它一些技術(shù)結(jié)合，還有拉曼光譜儀、傅立葉變換紅外光譜儀 等。使用光譜儀，可以用來進(jìn)行許多方面的研究和檢測(cè)，比如物質(zhì)分析就是目 前常見的用途。
目前，光譜儀最常見的設(shè)計(jì)是使用光柵光譜儀，使用這種結(jié)構(gòu)的光譜儀的優(yōu) 點(diǎn)在于光譜范圍寬，而主要問題是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本較高和易受環(huán)境影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明基于F-P (Fabry-Perot/法布里-珀羅)標(biāo)準(zhǔn)具的干 涉濾波原理，提出了一種使用電光陶瓷F-P標(biāo)準(zhǔn)具的時(shí)序分光的光鐠儀。本發(fā) 明的技術(shù)方案是
本發(fā)明的光譜儀包括準(zhǔn)直器、可調(diào)濾波器、探測(cè)器、控制采集系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)，被測(cè)光通過準(zhǔn)直器入射到可調(diào)濾波器上，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)可調(diào)濾波器， 使可調(diào)濾波器的透過波長(zhǎng)時(shí)序地變化，從而使帶檢測(cè)光中的不同波長(zhǎng)的光成分 依次透過可調(diào)濾波器，最終照射到探測(cè)器上，探測(cè)器可以檢測(cè)光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換 為電信號(hào)反饋到控制采集系統(tǒng)。進(jìn)一步的，所述的可調(diào)濾波器是鍍有高反膜和導(dǎo)電膜的電光陶乾的F-P標(biāo) 準(zhǔn)具構(gòu)成的可調(diào)濾波器。
更進(jìn)一步的，通過所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)改變所述的導(dǎo)電膜的電壓來改變電 光陶瓷的折射率，使可調(diào)濾波器的透過波長(zhǎng)時(shí)序地變化。
進(jìn)一步的，所述的可調(diào)濾波器可以使用單腔的F-P標(biāo)準(zhǔn)具構(gòu)成?；蛩龅?可調(diào)濾波器可以使用多腔的F-P標(biāo)準(zhǔn)具構(gòu)成。
本發(fā)明采用如上技術(shù)方案，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理的優(yōu)點(diǎn)，不僅簡(jiǎn)化光路，且 提高光譜分辨率。


圖l是本發(fā)明的光譜儀的原理框圖； 圖2是單腔的F-P標(biāo)準(zhǔn)具濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是雙腔的F-P標(biāo)準(zhǔn)具濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合

和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。 本發(fā)明的技術(shù)方案是使待檢測(cè)光準(zhǔn)直入射到由電光陶瓷F-P標(biāo)準(zhǔn)具組成的 可調(diào)濾波器上，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)可調(diào)濾波器， -使濾波器的透過波長(zhǎng)時(shí)序地變化， 從而使帶檢測(cè)光中的不同波長(zhǎng)的光成分依次透過濾波器，最終照射到探測(cè)器上。 探測(cè)器可以檢測(cè)光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋到控制采集系統(tǒng)。把光信號(hào)和對(duì) 應(yīng)的波長(zhǎng)綜合起來，就得到了帶檢測(cè)光的光譜。
本發(fā)明的關(guān)鍵是電光陶瓷，電光陶瓷的電光響應(yīng)速度快(可以達(dá)到亞微秒兩 級(jí))，電光系數(shù)打，損耗小。由于電光效應(yīng)，電光陶究的折射率可以隨加在陶資 上的電場(chǎng)一同變化。在一片電光陶瓷的兩面鍍上高反膜，就可以構(gòu)成一個(gè)F-P 標(biāo)準(zhǔn)具，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的透過光波長(zhǎng)由陶瓷的折射率和厚度等參數(shù)一同決定，是周期出現(xiàn)的一系列的波長(zhǎng)。在這樣的標(biāo)準(zhǔn)具的兩端再各鍍上一層導(dǎo)電膜，并將 這兩層膜連接到電壓驅(qū)動(dòng)器的正負(fù)極上，就可以構(gòu)成一個(gè)可調(diào)濾波器。使用電 壓驅(qū)動(dòng)器來改變電光陶瓷上的電場(chǎng)時(shí)，電光陶覺的折射率隨之改變，從而標(biāo)準(zhǔn) 具的透過光波長(zhǎng)也會(huì)隨之改變，實(shí)現(xiàn)可調(diào)濾波。使用標(biāo)準(zhǔn)具來進(jìn)行濾波的優(yōu)點(diǎn) 主要在于透過率曲線中各個(gè)透過波長(zhǎng)峰的線寬非常窄，使用這樣的濾波器來制 作的光譜儀的分辨率可以達(dá)到非常高。
使用這樣的一個(gè)F-P濾波器有一個(gè)缺點(diǎn)就是波長(zhǎng)范圍不夠?qū)挘蟾胖挥袔资?個(gè)納米。這樣的范圍如果用在光通信領(lǐng)域是足夠的，但是如果用在其它的一些 領(lǐng)域可能就不夠了 ，比如常見的可見光波段的光譜儀光譜范圍通常都有幾百個(gè)
納米。要滿足這么大的光譜范圍，使用單腔的F-P濾波器就不夠了，就需要使 用多腔的濾波器。多腔的F-P濾波器有多個(gè)以上描述的單腔濾波器組成，并且 這多個(gè)單腔濾波器的透過波長(zhǎng)出現(xiàn)的周期各不相同，使得多腔濾波器的綜合透 過波長(zhǎng)的周期為這幾個(gè)單腔濾波器的周期的最小公倍數(shù)，從而達(dá)到幾百納米甚 至更高范圍的光譜測(cè)量。
參閱圖1所示，待檢測(cè)光106進(jìn)入光譜儀100后，首先進(jìn)入準(zhǔn)直器101變 成準(zhǔn)直光107?？刂撇杉到y(tǒng)104控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)105對(duì)可調(diào)濾波器102進(jìn)行控制， 改變可調(diào)濾波器102的透過波長(zhǎng)。準(zhǔn)直光107在經(jīng)過可調(diào)濾波器102之后，只 有與可調(diào)濾波器102的透過波長(zhǎng)相同波長(zhǎng)的光108才能透過。透過可調(diào)濾波器 102的光108入射到探測(cè)器103上，探測(cè)器103將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋到控 制采集系統(tǒng)104。當(dāng)控制采集系統(tǒng)104通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)105控制可調(diào)濾波器102的 透過波長(zhǎng)在一定波段范圍內(nèi)掃描時(shí)，控制采集系統(tǒng)104就可以依次檢測(cè)得到待 檢測(cè)光106中各波長(zhǎng)的光信號(hào)。把全范圍內(nèi)的光信號(hào)與波長(zhǎng)綜合起來，就得到 了帶檢測(cè)光的光譜。如圖2所示的為單腔F-P標(biāo)準(zhǔn)具濾波器200的結(jié)構(gòu)示意圖，其中201為兩 面都有高反膜的電光陶瓷F-P標(biāo)準(zhǔn)具，202和203為導(dǎo)電膜。當(dāng)兩層導(dǎo)電膜202 和203上加上不同的電壓時(shí)，電光陶瓷片201中的電場(chǎng)也會(huì)發(fā)生變化，其折射 率也會(huì)隨之變化，這樣就可以改變通過該濾波器200的透過光波長(zhǎng)。 一束包含 多種波長(zhǎng)(這些波長(zhǎng)的范圍應(yīng)小于濾波器200的透過波長(zhǎng)周期)的準(zhǔn)直復(fù)合光 204入射到濾波器200上時(shí)，只有波長(zhǎng)與濾波器200的透過光波長(zhǎng)相同的光成分 205才能透過。當(dāng)電光陶瓷片201中的電場(chǎng)凈皮控制時(shí)序地發(fā)生變化時(shí)，濾波器 200的透過光波長(zhǎng)也會(huì)時(shí)序地發(fā)生變化，因此可以達(dá)到4巴入射光204時(shí)序分光的 效果。
如圖3所示為雙月空F-P標(biāo)準(zhǔn)具濾波器300的結(jié)構(gòu)示意圖，其中雙l空F-P標(biāo) 準(zhǔn)具濾波器300包含兩個(gè)單腔F-P標(biāo)準(zhǔn)具濾波器301和302,單腔F-P標(biāo)準(zhǔn)具濾 波器301和302應(yīng)具有不同的透過波長(zhǎng)周期。當(dāng)一束包含多種波長(zhǎng)的準(zhǔn)直復(fù)合 光303(這些波長(zhǎng)的范圍應(yīng)小于兩個(gè)單腔濾波器301和302的透過波長(zhǎng)周期的最 小公倍數(shù))入射到雙腔濾波器300時(shí)，首先由單腔濾波器301進(jìn)行濾波， 一級(jí) 透射光304中可能會(huì)包含多個(gè)波長(zhǎng)的光成分。 一級(jí)透射光304接下來入射到單 腔濾波器302,由于兩個(gè)單腔濾波器301和302的透射波長(zhǎng)周期不同，因此可以 控制單腔濾波器302使一級(jí)透射光304中的多個(gè)波長(zhǎng)只有一個(gè)可以透射，即二 級(jí)透射光305。如果通過對(duì)這兩個(gè)單腔濾波器301和302的電場(chǎng)進(jìn)行控制，就可 以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)很大波長(zhǎng)范圍內(nèi)的時(shí)序分光。
如果^f吏用三腔或更多腔的F-P標(biāo)準(zhǔn)具濾波器，還可以達(dá)到更大的波長(zhǎng)范圍 的時(shí)序分光。
盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種光譜儀，其特征在于包括準(zhǔn)直器、可調(diào)濾波器、探測(cè)器、控制采集系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，被測(cè)光通過準(zhǔn)直器入射到可調(diào)濾波器上，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)可調(diào)濾波器，使可調(diào)濾波器的透過波長(zhǎng)時(shí)序地變化，從而使帶檢測(cè)光中的不同波長(zhǎng)的光成分依次透過可調(diào)濾波器，最終照射到探測(cè)器上，探測(cè)器可以檢測(cè)光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋到控制采集系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的光譜儀，其特征在于所述的可調(diào)濾波器是鍍有高反膜 和導(dǎo)電膜的電光陶瓷的F-P標(biāo)準(zhǔn)具構(gòu)成的可調(diào)濾波器。
3. 如權(quán)利要求2所述的光譜儀，其特征在于通過所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)改變所 述的導(dǎo)電膜的電壓來改變電光陶瓷的折射率，使可調(diào)濾波器的透過波長(zhǎng)時(shí)序 地變化。
4. 如權(quán)利要求1或2或3所述的光譜儀，其特征在于所述的可調(diào)濾波器可以 使用單腔的F-P標(biāo)準(zhǔn)具構(gòu)成。
5. 如權(quán)利要求1或2或3所述的光譜儀，其特征在于所述的可調(diào)濾波器可以 使用多腔的F-P標(biāo)準(zhǔn)具構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及進(jìn)行光譜分析的光譜儀，尤其涉及基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具時(shí)序分光的光譜儀。本發(fā)明的光譜儀包括準(zhǔn)直器、可調(diào)濾波器、探測(cè)器、控制采集系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，被測(cè)光通過準(zhǔn)直器入射到可調(diào)濾波器上，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)可調(diào)濾波器，使可調(diào)濾波器的透過波長(zhǎng)時(shí)序地變化，從而使帶檢測(cè)光中的不同波長(zhǎng)的光成分依次透過可調(diào)濾波器，最終照射到探測(cè)器上，探測(cè)器可以檢測(cè)光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋到控制采集系統(tǒng)。同時(shí)通過采用多腔的F-P標(biāo)準(zhǔn)具來制作可調(diào)濾波器，還可以滿足較大范圍內(nèi)的光譜測(cè)量要求。本發(fā)明采用如上技術(shù)方案，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理的優(yōu)點(diǎn)，不僅簡(jiǎn)化光路，且提高光譜分辨率。
文檔編號(hào)G01J3/45GK101526397SQ20091011140
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者凌吉武, 磊 林, 鏨 龔 申請(qǐng)人:福州高意光學(xué)有限公司