RU2436038C1 - Статический фурье-спектрометр - Google Patents
Статический фурье-спектрометр Download PDFInfo
- Publication number
- RU2436038C1 RU2436038C1 RU2010128321/28A RU2010128321A RU2436038C1 RU 2436038 C1 RU2436038 C1 RU 2436038C1 RU 2010128321/28 A RU2010128321/28 A RU 2010128321/28A RU 2010128321 A RU2010128321 A RU 2010128321A RU 2436038 C1 RU2436038 C1 RU 2436038C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- mirror
- interferometric
- optical
- prisms
- Prior art date
Links
- 230000003068 static effect Effects 0.000 title claims description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 41
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 4
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/45—Interferometric spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/021—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using plane or convex mirrors, parallel phase plates, or particular reflectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/45—Interferometric spectrometry
- G01J3/453—Interferometric spectrometry by correlation of the amplitudes
- G01J3/4531—Devices without moving parts
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/45—Interferometric spectrometry
- G01J3/453—Interferometric spectrometry by correlation of the amplitudes
- G01J3/4532—Devices of compact or symmetric construction
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к интерференционным спектральным приборам. Задачей настоящего изобретения является улучшение оптических характеристик спектрометра, в котором снижение потерь света достигается при минимальном числе оптических элементов. Фурье-спектрометр содержит входной коллиматор, оптически связанный с интерферометрическим узлом, включающим светоделитель и, по меньшей мере, два зеркала, установленные с возможностью создания интерференционной картины, локализованной в плоскости зеркал, а также устройство регистрации изображения, оптически связанное с интерферометрическим узлом с помощью проективной системы. Проективная система включает сферическое зеркало и линзовый объектив, центрированный относительно нормали к оптической поверхности зеркала, а зеркало и линзовый объектив выполнены с возможностью прохождения оптического излучения через линзовый объектив от интерферометрического узла к сферическому зеркалу с отражением от него и прохождением через тот же линзовый объектив к устройству регистрации. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.
Description
Заявляемое изобретение относится к интерференционным спектральным приборам и может быть использовано для спектральных исследований в различных областях техники.
Фурье-спектрометры широко применяются в спектральных исследованиях, благодаря высокой светосиле (выигрыш Жакино), быстродействию и возможности одновременной регистрации всего спектра излучения исследуемого диапазона. Фурье-спектрометры состоят из следующих основных функциональных блоков: системы формирования входного пучка света (далее - входного коллиматора), интерферометрического узла, проективной системы, устройства регистрации.
В динамических Фурье-спектрометрах в качестве интерферометрического узла чаще всего используют различные модификации классического интерферометра Майкельсона, состоящего из полупрозрачного зеркала (светоделителя) и двух зеркал (или ретроотражателей), одно из которых подвижное и обеспечивает переменную оптическую разность хода. При перемещении подвижного зеркала происходит периодическое изменение освещенности в плоскости регистрации, таким образом происходит модуляция каждой длины волны спектра входящего излучения, причем частота модуляции обратно пропорциональна длине волны. Метрологические параметры динамического Фурье-спектрометра (например, отношение сигнала к шуму) зависят от глубины модуляции, которая, в свою очередь, зависит от равномерности движения и параллельности перемещения зеркал интерферометрического узла. Внешние вибрации при эксплуатации Фурье-спектрометров влияют на равномерность движения зеркал, что ограничивает возможность использования динамических Фурье-спектрометров в условиях сильных вибраций.
Особенностью статических Фурье-спектрометров является реализация пространственного разложения интерференционной картины в плоскости устройства регистрации вдоль одной из координат. Преимущества статических Фурье-спектрометров перед динамическими состоят в отсутствии подвижных конструкций, линейных двигателей и сравнительно сложных систем управления, что дает возможности по созданию компактного виброустойчивого спектрометра и снижению затрат при его производстве. Глубина модуляции в статических Фурье-спектрометрах зависит от качества переноса изображения, которое определяется частотно-контрастными характеристиками проективной системы, и уменьшается с увеличением аберраций проективной системы. Уменьшение глубины модуляции ухудшает метрологические параметры статического Фурье-спектрометра (отношение сигнала к шуму). Следовательно, для статических Фурье-спектрометров улучшение метрологических параметров связано, в первую очередь, с минимизацией потерь проективной системы.
В известных статических Фурье-спектрометрах [Патент №6222627; патент №6930781; Патент US №7092101] задачи переноса изображения проективной системой, с исправлением многих видов аберраций, конструктивно решаются увеличением числа преломляющих и отражающих поверхностей в оптической схеме и использованием асферических поверхностей.
В статическом Фурье-спектрометре по [Патент №6222627] интерферометрический узел создан на основе двулучепреломлящего кристалла (называемого авторами [Патент №6222627] призмой Волластона), а проективная система включает несколько линз, расположенных последовательно. В качестве устройства регистрации изображения используется многоэлементная диодная линейка. Основным недостатком данного устройства является зависимость оптических параметров спектрометра от материала и геометрических размеров поляризационного кристалла, использующегося для получения интерференционной картины, что приводит к ограничениям по спектральному разрешению из-за зависимости разности хода от длины волны. Другим недостатком являются потери на сферические и хроматические аберрации, чему способствуют последовательно расположенные линзы в проективной системе.
В статическом Фурье-спектрометре по [патент №6930781] в качестве интерферометрического узла используется схема с поперечным сдвигом интерферирующих лучей (называемый авторами [патент №6930781] интерферометром Саньяка).
Основным недостатком данного устройства является техническая сложность качественного проецирования и фокусировки изображения, полученного интерферометрическим узлом данного типа, с минимальными потерями света. Интерференционная картина в таком случае находится на бесконечности, что требует реализации в Фурье-спектрометре проективной системы, состоящей из оптических элементов с асферической поверхностью, что снижает технологичность в производстве и увеличивает стоимость.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является устройство [Патент US №7092101], в котором интерферометрический узел, включающий светоделитель и два зеркала, создающих интерференционную картину в плоскости одного из зеркал, реализован по схеме интерферометра Майкельсона. Входной коллиматор, оптически связанный с интерферометрическим узлом, состоит из диафрагмы и объектива. Изображение указанной интерференционной картины с помощью проективной системы, оптически связанной с устройством регистрации изображения, проецируется на устройство регистрации изображения.
Основным недостатком данного устройства при исследовании излучения протяженного объекта является перенос изображения интерференционной картины проективной системой, состоящей из последовательности линзовых компонентов, на устройство регистрации. В данном устройстве снижение аберраций обеспечивается за счет увеличения числа линз, что, в свою очередь, увеличивает габариты спектрометра и производственные затраты.
Для полихроматического излучения в большинстве рассмотренных устройств задача переноса изображения интерференционной картины решается проективными системами, включающими последовательно расположенные линзовые компоненты с осевым ходом лучей. Это приводит к потерям разрешающей способности, связанным с хроматическими и сферическими аберрациями. При переносе изображения интерференционной картины, полученной для протяженного объекта, возникают потери, связанные с астигматизмом и кривизной поля. Это существенно снижает качество проектируемой на устройство регистрации изображения картины, и, следовательно, - ухудшает метрологические характеристики спектрометра. В проективных системах, состоящих только из последовательно расположенных линз, технические решения по одновременной компенсации разных видов аберраций ведут к увеличению количества линз и габаритов, что приводит к увеличению производственных затрат.
Задачей настоящего изобретения является улучшение оптических характеристик спектрометра, в котором снижение потерь света при переносе изображения на аберрации достигается при минимальном числе производимых с пониженными затратами оптических элементов.
Поставленная задача достигается тем, что статический Фурье-спектрометр содержит входной коллиматор, оптически связанный с интерферометрическим узлом, включающим светоделитель и, по меньшей мере, два зеркала, установленные с возможностью создания интерференционной картины, локализованной в плоскости зеркал, а также устройство регистрации изображения, оптически связанное с интерферометрическим узлом с помощью проективной системы с возможностью проецирования изображения указанной интерференционной картины на устройстве регистрации изображения, причем проективная система включает сферическое зеркало и линзовый объектив, центрированный относительно нормали к оптической поверхности зеркала, а зеркало и линзовый объектив выполнены с возможностью прохождения оптического излучения через линзовый объектив от интерферометрического узла к сферическому зеркалу с отражением от него и прохождением через тот же линзовый объектив к устройству регистрации.
Предложенная совокупность признаков статического Фурье-спектрометра позволяет достигать минимальных потерь излучения при высоком качестве переноса изображения интерференционной картины на устройство регистрации, благодаря устранению сферических, хроматических аберраций и астигматизма за счет наилучшей комбинации минимального числа оптических элементов проективной системы, предпочтительно сферической формы.
В проективной системе для исправления хроматических аберраций при некомпланарности плоскости интерференционной картины и плоскости изображения интерференционной картины используется составной линзовый объектив, который включает, по меньшей мере, две линзы, выполненные из разных материалов и соединенные оптическим контактом, причем одна из линз выполнена
плосковыпуклой, а соединенная с ней вторая линза выполнена в форме мениска.
Для обеспечения виброустойчивости интерферометрический узел выполнен в виде двух стеклянных прямоугольных призм, склеенных гипотенузными гранями, на одной из которых нанесено светоделительное покрытие, причем для минимизации числа используемых оптических элементов в каждой из призм на одной из катетных поверхностей выполнены зеркальные покрытия, а призмы склеены так, что грани с зеркальными покрытиями являются смежными гранями получившегося в результате склейки многогранника, причем одна из призм интерферометрического узла соединена оптическим контактом с линзовым объективом проективной системы для обеспечения одинаковых условий прохождения лучей, идущих от зеркальных граней интерферометра к сферическому зеркалу, и лучей, идущих от сферического зеркала к устройству регистрации.
Проективная система содержит компенсатор, расположенный между линзой и устройством регистрации и соединенный для обеспечения виброустойчивости с линзовым объективом оптическим контактом, причем для равенства длин оптического пути в компенсаторе и в интерферометрическом узле он выполнен из того же материала, что и призмы интерферометрического узла.
Для обеспечения компактности компенсатор выполнен в виде равнобедренной прямоугольной призмы с отражающим покрытием на гипотенузной грани, при этом устройство регистрации расположено перпендикулярно плоскости одной из зеркальных граней многогранника интерферометрического узла.
Заявляемое устройство поясняется следующими чертежами:
На фиг.1 представлена функциональная схема статического Фурье-спектрометра (разрез в плоскости объекта излучения).
На фиг.2 представлена схема Фурье-спектрометра (разрез в плоскости устройства регистрации изображения).
На фиг.3 представлен статический Фурье-спектрометр (аксонометрия).
На фиг.5 представлено формирование разности хода в интерференционном узле Фурье-спектрометра.
На фиг.6 представлены интерферирующие лучи на плоскости наблюдения интерференции.
На фиг.7 показан ход лучей в проективной системе с исправлением хроматической аберрации.
На фиг.8 показан ход лучей с исправлением полевых аберраций.
Статический Фурье-спектрометр по фиг.1-3 состоит из входного коллиматора 1, оптически связанного с интерферометрическим узлом 2, проективной системы 3 и устройства регистрации изображения 4.
Входной коллиматор 1 направляет излучение от анализируемого объекта 5 на интерферометрический узел 2. Входной коллиматор может содержать диафрагму и систему из нескольких линз. В данном случае, для обеспечения равномерности освещенности зеркал и минимально необходимого для оптического согласования количества элементов схемы, он выполнен в виде диафрагмы 6 и двух линз 7 и 8. Интерферометрический узел 2 может быть выполнен из отдельных зеркал по классической схеме интерферометра Майкельсона. Интерферометрический узел 2 по Фиг.1 реализован в виде двух прямоугольных равнобедренных призм 9 и 10, выполненных из одного материала (с одинаковым значением показателя преломления n) и склеенных в целях повышения виброустойчивости и минимизации затрат в производстве. По Фиг.2 на одной из гипотенузных граней 16 нанесено отражающее покрытие с коэффициентом отражения, близким к 50% (предпочтительно, в диапазоне от 40% до 60%), с образованием светоделителя, причем у каждой из призм 9 и 10 на их катетных поверхностях 17 и 18 выполнены зеркальные покрытия (предпочтительно, с коэффициентом отражения более 95%). В других исполнениях возможно использование отдельных юстируемых зеркал, расположенных в непосредственной близости от катетных поверхностей призм, однако реализация зеркальных покрытий на указанных поверхностях обеспечивает вибростойкость и минимизацию производственных затрат. Интерферометрический узел 2 и проективная система 3 оптически согласованы так, что направленный в интерферометрический узел 2 световой пучок разделяется на грани 16, отражается от зеркальных поверхностей 17 и 18 призм 9 и 10 и затем попадает на линзовый объектив 11.
Проективная система 3 включает сферическое зеркало 12, позволяющее снизить потери света на хроматические аберрации, линзовый объектив 11 (дублет), и компенсатор 13 (фиг.3), расположенный между линзовым объективом 11 и устройством регистрации изображения 4. Компенсатор 13, соединенный с линзовым объективом 11 оптическим контактом, выполнен из того же материала, что и призмы 9 и 10 интерферометрического узла 2.
Устройство регистрации 4 выполнено в виде многоэлементного приемника (например, CCD или CMOS), что позволяет улучшить энергетические и метрологические параметры регистрации, в том числе сигнал/шум, порог детектирования и время измерения. В других исполнениях устройство регистрации изображения 4 может быть выполнено в виде сканирующего фотоприемника, например, видикона.
Компенсатор 13 (фиг.3) выполнен в виде прямоугольной призмы с зеркальным покрытием на гипотенузной грани 19 и установлен на линзовом объективе 11 так, что световой пучок, отраженный от зеркала 12 и прошедший обратно сквозь линзовый объектив 11, входит в первую катетную грань призменного компенсатора 13, отражается и от гипотенузной грани выходит на устройство регистрации изображения 4. Для унификации деталей и повышения технологичности сборки компенсатор 13 выполнен в виде призмы, идентичной одной из призм 9 или 10 интерферометрического узла 2, таким образом причем длина оптического пути в компенсаторе 13 равна оптическому пути в призмах 9 и 10 интерферометрического узла 2.
Линзовый объектив 11 (фиг.2) проективной системы 3 соединен оптическим контактом с интерферометрическим узлом 2, что повышает виброустойчивость такой системы и исключает необходимость использования в устройстве юстируемых элементов, обеспечивая его компактность. Линзовый объектив 11 выполнен из двух линз, одна из которых плосковыпуклая 14, а другая 15 - выполнена в форме мениска и соединена с первой, причем радиус кривизны вогнутой поверхности линзы 15 совпадает с радиусом кривизны выпуклой поверхности плосковыпуклой линзы 14, что позволяет исправить сферические аберрации. Линзы 14 и 15 выполнены из разных сортов стекол, с отличающимися показателями преломления n для исправления хроматических аберраций положения, причем линза 14 выполнена из стекла с более высоким значением показателя преломления n. Соединение линз 14 и 15 в результате склейки снижает потери света на поверхностях оптического контакта и упрощает конструктивную задачу крепления линзового объектива 11.
Для получения интерференционной картины призмы 9, 10 интерферометрического узла 2 (фиг.4) развернуты относительно друг друга вокруг оси, перпендикулярной плоскости склейки, на угол α и склеены так, что для проходящих в интерференционном узле 2 лучей возникает переменная оптическая разность хода по одной из координат в плоскости катетной грани, в результате чего в плоскостях зеркальных поверхностей 17 и 18 призм 9 и 10 наблюдается интерференционная картина в виде последовательности темных и светлых полос. Грани с зеркальными покрытиями 17 и 18 (фиг.4) являются смежными гранями получившегося в результате склейки многогранника.
Устройство функционирует следующим образом. Оптическое излучение от анализируемого объекта 5 попадает в статический Фурье-спектрометр через входной коллиматор 1, согласованный по апертуре с проективной системой 3. Входной коллиматор преобразует излучение от каждой точки объекта 5 в близкий к параллельному пучок и направляет полученный пучок в интерферометрический узел 2, обеспечивая равномерность освещенности рабочей площади зеркальных поверхностей призм 9 и 10 интерферометрического узла 2. На светоделителе 16 (фиг.5) происходит разделение пучка. Каждая часть разделенного пучка проходит по своему пути с отражением от зеркальных граней 17 и 18. Из-за переменной разности хода ΔI(х) возникает интерференция лучей и формирование двухмерной интерференционной картины в плоскостях зеркальных граней 17 и 18 призм 9 и 10. С помощью проективной системы 3, оптически согласованной с входным коллиматором 1 и интерференционным узлом 2, а также с помощью компенсатора 13, изображение полученной двухмерной интерференционной картины проецируется на устройство регистрации изображения 4.
Спектральное разрешение статического Фурье-спектрометра определяется качеством переноса интерференционной картины и пространственной частотой N разрешаемых интерференционных полос ее изображения на устройстве регистрации 4 (фиг.6). Разность хода ΔI линейно зависит от координаты x вдоль интерференционной картины в плоскости зеркальных поверхностей призм 9 и 10, а также от угла взаимного разворота α. В диапазоне малых углов зависимость выражается формулой ΔI(x)=2αx, т.е. с увеличением угла α разворота призм 9, 10 разность хода лучей ΔI увеличивается. На фиг.6 в каждой точке Р плоскости интерференционной картины (например, зеркальной поверхности 17 призмы 9) для двух интерферирующих лучей L1 и L2 под углом α друг к другу приращение разности хода dΔI меняется от полосы к полосе вдоль линии пересечения волновых поверхностей V1, V2 (линия пересечения волновых поверхностей перпендикулярна плоскости фиг.6). Пространственная частота интерференционных полос N для фиксированного линейного поля интерференции для малых углов по формуле N=2α/λ уменьшается с увеличением длины волны λ излучения от объекта 5 и определяется углом α при фиксированной длине волны λ. Так на длине волны излучения λ=1 мкм при использовании прямоугольных призм 9, 10 с гипотенузной гранью размером 40 мм величина угла поворота призм α относительно друг друга составляет порядка 20 угловых минут, при этом количество интерференционных полос составляет 200 в линейном поле устройства регистрации размером 20×20 мм.
Отсутствие хроматических аберраций увеличения обеспечивается использованием в составе проективной системы 3 отражающего элемента, т.е. сферического зеркала 12. Хроматические аберрации положения, возникающие в случае отступления от симметрии системы, например смещения плоскости регистрации М′А′ изображения (фиг.7) на расстояние h от плоскости формирования интерференционной картины МА, исправляются использованием склейки линз 14 и 15 из разных сортов стекла. При этом линза 14 выполнена из стекла с более высоким значением показателя преломления n, чем линза 15. Лучи, выходящие из точки А интерференционной картины, расположенной в плоскости зеркальной грани 17 призмы 9, в результате преломления расходятся в зависимости от длины волны λ на соответствующий угол θ. После отражения от сферического зеркала 12 лучи проходят через тот же линзовый объектив 11, в результате происходит компенсация первоначального отклонения на угол θ. Лучи λ1 и λ2 собираются в точке А′ плоскости регистрации изображения. Устранение хроматической аберрации положения обеспечивает лучшую частотно-контрастную характеристику проективной системы, следовательно, - лучшие метрологические параметры (разрешение, отношение сигнала к шуму) статического Фурье-спектрометра.
Исправление монохроматических аберраций обеспечивается оптическим согласованием интерференционного узла 2 и проективной системы 3. Объектом переноса является сформированная на зеркальных гранях призм 9 и 10 интерференционная картина. В проективной системе 3 использование сферического зеркала 12 позволяет изображать объект, размещенный в центре его кривизны, без сферической аберрации при любых апертурных углах пучка. Использование линзового объектива 11, в качестве корректирующего элемента оптической схемы проективной системы 3, обеспечивает устранение аберраций кривизны поля изображения в меридиональном сечении для точек интерференционной картины вне оптической оси OO1 (фиг.8) (например В и В′). Использование составного линзового объектива 11 из двух линз 14 15 с различными показателями преломления позволяет скомпенсировать некомпланарность зеркальной плоскости 17 и плоскости регистрации 20 M′B′, выраженной смещением h. Для точек интерференционной картины, сформированной в плоскости зеркальной поверхности 17, такое решение позволяет исправить астигматизм, возникающий для случаев точки В, лежащей вне оптической оси OO1. Это, в свою очередь, повышает качество изображения В' в поле регистрации 20 M′B′. Для унификации используемых оптических элементов и компактности размещения устройство регистрации изображения 4 располагается перпендикулярно плоскости зеркальной поверхности 17 призмы 9, и изображение интерференционной картины переносится на устройство регистрации 4 при помощи компенсатора 13.
Заявляемое изобретение обеспечивает высокие значения светосилы и глубины модуляции при получении двухмерной интерференционной картины, перенос ее изображения с минимальными потерями при наилучшей комбинации минимального числа используемых оптических элементов, благодаря конструктивной реализации интерферометрического узла и согласованной проективной системе с компенсатором, соединенных оптическим контактом в единый модуль.
Claims (5)
1. Статический Фурье-спектрометр, содержащий входной коллиматор, оптически связанный с интерферометрическим узлом, включающим светоделитель, и по меньшей мере, два зеркала, установленные с возможностью создания интерференционной картины, локализованной в плоскости зеркал, а также устройство регистрации, оптически связанное с интерферометрическим узлом с помощью проективной системы, выполненной с возможностью проецирования на устройство регистрации изображения указанной интерференционной картины, отличающийся тем, что проективная система включает сферическое зеркало и линзовый объектив, центрированный относительно нормали к оптической поверхности зеркала, причем зеркало и линзовый объектив выполнены с возможностью прохождения оптического излучения через линзовый объектив от интерферометрического узла к сферическому зеркалу с отражением от него и прохождением через тот же линзовый объектив к устройству регистрации.
2. Фурье-спектрометр по п.1, отличающийся тем, что линзовый объектив включает, по меньшей мере, две линзы, выполненные из разных материалов и соединенные оптическим контактом, причем одна из линз выполнена плоско-выпуклой, а соединенная с ней вторая линза выполнена в форме мениска.
3. Фурье-спектрометр по п.1, отличающийся тем, что интерферометрический узел выполнен в виде двух стеклянных прямоугольных призм, склеенных гипотенузными гранями, на одной из которых нанесено светоделительное покрытие, причем в каждой из призм на одной из катетных поверхностей выполнены зеркала, а призмы склеены так, что грани с зеркалами являются смежными гранями получившегося в результате склейки многогранника, причем одна из призм интерферометрического узла соединена оптическим контактом с линзовым объективом проективной системы.
4. Фурье-спектрометр по п.3, отличающийся тем, что проективная система содержит компенсатор, расположенный между линзовым объективом и устройством регистрации и соединенный с линзовым объективом оптическим контактом, причем компенсатор выполнен из того же материала, что и призмы интерферометрического узла, так что при этом длина оптического пути в компенсаторе равна оптическому пути в интерферометрическом узле.
5. Фурье-спектрометр по п.4, отличающийся тем, что компенсатор выполнен в виде прямоугольной призмы с отражающим покрытием на гипотенузной грани.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010128321/28A RU2436038C1 (ru) | 2010-07-02 | 2010-07-02 | Статический фурье-спектрометр |
CA2803582A CA2803582A1 (en) | 2010-07-02 | 2011-06-07 | Static fourier spectrometer |
EA201300047A EA201300047A1 (ru) | 2010-07-02 | 2011-06-07 | Статический фурье-спектрометр |
US13/806,637 US20130107270A1 (en) | 2010-07-02 | 2011-06-07 | Static fourier spectrometer |
PCT/RU2011/000403 WO2012002839A1 (ru) | 2010-07-02 | 2011-06-07 | Статический фурье - спектрометр |
EP11801209.5A EP2589940A4 (en) | 2010-07-02 | 2011-06-07 | STATIC FOURIER SPECTROMETER |
CN2011800330608A CN103119407A (zh) | 2010-07-02 | 2011-06-07 | 静态傅里叶光谱仪 |
UAA201215118A UA105575C2 (ru) | 2010-07-02 | 2011-06-07 | Статический фурье-спектрометр |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010128321/28A RU2436038C1 (ru) | 2010-07-02 | 2010-07-02 | Статический фурье-спектрометр |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2436038C1 true RU2436038C1 (ru) | 2011-12-10 |
Family
ID=45402329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010128321/28A RU2436038C1 (ru) | 2010-07-02 | 2010-07-02 | Статический фурье-спектрометр |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20130107270A1 (ru) |
EP (1) | EP2589940A4 (ru) |
CN (1) | CN103119407A (ru) |
CA (1) | CA2803582A1 (ru) |
EA (1) | EA201300047A1 (ru) |
RU (1) | RU2436038C1 (ru) |
UA (1) | UA105575C2 (ru) |
WO (1) | WO2012002839A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2616875C2 (ru) * | 2015-05-21 | 2017-04-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Оптико-электронная система для определения спектроэнергетических параметров и координат источника лазерного излучения инфракрасного диапазона |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103822715B (zh) | 2014-02-18 | 2015-10-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于偏振分光器的快照式成像光谱仪与成像方法 |
KR101803250B1 (ko) * | 2016-01-20 | 2017-11-30 | (주)아이에스엠아이엔씨 | 광대역 필터를 이용한 분광 광도 측정 기술 및 장치 |
FR3079612B1 (fr) * | 2018-03-29 | 2021-06-04 | Eldim | Dispositif optique permettant de mesurer simultanement l'emission angulaire et spectrale d'un objet |
US10830641B2 (en) | 2018-07-17 | 2020-11-10 | Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co., Ltd. | Compact spectrometer having reflective wedge structure |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1494693A1 (ru) * | 1987-05-04 | 1995-01-27 | А.М. Романов | Статический фурье-спектрометр для видимой области спектра |
EP0890085B1 (de) * | 1996-03-30 | 2002-07-31 | Michael Overhamm | Fourier-spektrometer |
EP0939323A1 (en) | 1998-02-28 | 1999-09-01 | C.S.E.M. Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa | Wollaston prism and use of it in a fourier-transform spectrometer |
US6246524B1 (en) * | 1998-07-13 | 2001-06-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method of manufacturing semiconductor device |
WO2001023933A1 (fr) * | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Nikon Corporation | Systeme optique de projection |
US6795182B2 (en) * | 2001-07-06 | 2004-09-21 | Arroyo Optics, Inc. | Diffractive fourier optics for optical communications |
AU2003290736A1 (en) * | 2002-11-26 | 2004-06-18 | Cornell Research Foundation, Inc. | Miniaturized holographic fourier transform spectrometer with digital aberration correction |
US7092101B2 (en) * | 2003-04-16 | 2006-08-15 | Duke University | Methods and systems for static multimode multiplex spectroscopy |
RU2313070C2 (ru) * | 2005-12-26 | 2007-12-20 | Георгий Михайлович Грязнов | Интерференционный спектрометр |
US8144320B2 (en) * | 2006-11-22 | 2012-03-27 | Optopo, Inc. | Method and apparatus for reconstructing optical spectra in a static multimode multiplex spectrometer |
CN201203578Y (zh) * | 2008-04-10 | 2009-03-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 微型傅里叶变换光谱仪 |
CN101303255A (zh) * | 2008-05-30 | 2008-11-12 | 天津大学 | 一体化傅立叶光谱仪 |
-
2010
- 2010-07-02 RU RU2010128321/28A patent/RU2436038C1/ru active
-
2011
- 2011-06-07 US US13/806,637 patent/US20130107270A1/en not_active Abandoned
- 2011-06-07 CN CN2011800330608A patent/CN103119407A/zh active Pending
- 2011-06-07 EP EP11801209.5A patent/EP2589940A4/en not_active Withdrawn
- 2011-06-07 UA UAA201215118A patent/UA105575C2/ru unknown
- 2011-06-07 CA CA2803582A patent/CA2803582A1/en not_active Abandoned
- 2011-06-07 EA EA201300047A patent/EA201300047A1/ru unknown
- 2011-06-07 WO PCT/RU2011/000403 patent/WO2012002839A1/ru active Application Filing
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2616875C2 (ru) * | 2015-05-21 | 2017-04-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Оптико-электронная система для определения спектроэнергетических параметров и координат источника лазерного излучения инфракрасного диапазона |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201300047A1 (ru) | 2013-05-30 |
US20130107270A1 (en) | 2013-05-02 |
EP2589940A1 (en) | 2013-05-08 |
CN103119407A (zh) | 2013-05-22 |
EP2589940A4 (en) | 2013-12-18 |
CA2803582A1 (en) | 2012-01-05 |
WO2012002839A1 (ru) | 2012-01-05 |
UA105575C2 (ru) | 2014-05-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5635624B2 (ja) | 小型干渉分光計 | |
US5933236A (en) | Phase shifting interferometer | |
US7113349B2 (en) | Decentering optical system and optical system using the same | |
CN102322801B (zh) | 高信噪比摆动式低相干干涉位移解调装置及其解调方法 | |
RU2436038C1 (ru) | Статический фурье-спектрометр | |
US20040228008A1 (en) | Method for constructing a catadioptric lens system | |
US11231269B2 (en) | Arrangement and method for robust single-shot interferometry | |
US3884548A (en) | Variable optical wedge for image stabilization and other purposes | |
US6930781B2 (en) | Miniaturized holographic fourier transform spectrometer with digital aberration correction | |
CN104006883B (zh) | 基于多级微反射镜的成像光谱仪及制作方法 | |
JP2001091223A (ja) | 面間隔測定方法及び装置 | |
US4958931A (en) | System utilizing an achromatic null lens for correcting aberrations in a spherical wavefront | |
CN101251420A (zh) | 新型双动镜干涉仪 | |
Kühnhold et al. | Comparison of Michelson and Linnik interference microscopes with respect to measurement capabilities and adjustment efforts | |
US10976151B2 (en) | Optical interferometer with reference arm longer than sample arm | |
CN101261159A (zh) | 双猫眼动镜干涉仪 | |
CN113203706A (zh) | 一种线扫描分光白光干涉仪 | |
US5072104A (en) | Achromatic null lens | |
CN101303254A (zh) | 新型双猫眼动镜干涉仪 | |
CN114739512B (zh) | 一种w型共光路时间调制干涉光谱成像装置及方法 | |
CN114739509B (zh) | 一种四边形共光路时间调制干涉光谱成像装置及方法 | |
Motamedi et al. | Micro-Optic component, testing, and applications | |
WO2023174524A1 (en) | Non-contact optical metrology system to measure simultaneously the relative piston and the relative inclination in two axes (tip and tilt) between two reflective surfaces | |
CN111693733A (zh) | 一种双视场近红外多普勒差分干涉仪 | |
CN117006961A (zh) | 基于低相干光干涉的连续镜面轴上间距测量装置及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |