傅立叶变换光谱仪现状及其微型化进展

　　按照工作原理的不同，光谱仪大体可以分为色散型和干涉型。傅立叶变换光谱仪属于干涉型，与传统光栅色散型光谱仪相比，它具有高通量、高波长精度、高分辨率、光谱测量范围宽等优势，已成为近红外、中红外、远红外以及亚毫米波段最有力、最通用的光谱仪器，然而在紫外以及波长更短的光波段，它的优势并不明显，由于基于干涉原理的仪器，其光学元件和机械加工精度的要求与波长相关，波长越短，精度要求越高，主要有以下几个技术瓶颈：分束器的制作、机械加工精度、光学加工精度等^[1]，因此，傅立叶变换光谱仪主要应用于红外和近红外波段。当前，傅立叶变换光谱仪的发展越来越趋于微型化，微型傅立叶变换光谱仪具有体积小、重量轻、探测速度快、可集成化、可批量制造等优点，且在光谱成像与探测等方面有很大的潜力，应用前景极佳。

　　1　傅立叶变换光谱仪研究进展

　　傅立叶变换光谱仪从实现方式上可以分为时间调制型和空间调制型，而空间调制型又可以分为三角共路型和双折射型等。

　　1.1　时间调制型

　　在时间调制型傅立叶变换光谱仪中 , 通过动镜作机械扫描运动 , 产生物面像元辐射的时间序列干涉图，对探测器上每一阵元得到的时间序列干涉图进行傅立叶变换，就可以得到相应物面像元辐射的光谱图。

　　干涉仪系统主要有迈克尔逊、法布里—珀罗、麦克山大等结构类型，分束镜根据波段选择不同材料，如 KBr，英，CaF2，ZnSe，CsI 等;动镜主要采用平面反射镜，猫眼反射镜，角镜等;采用的扫描方式主要有：连续型匀速扫描，步进型扫描，并采用气浮导轨、磁浮轴承、面弹簧支撑等 , 目的是减小动镜扫描时的摩擦;探测系统根据不同的波谱范围采取不同的探测器，如光电两极管 , 光电倍增管，CCD，DTGS，MCT，PbSe，InGaAs，InSb，CsI 等。最典型的时间调制型傅立叶变换光谱仪是基于迈克尔逊干涉仪的光谱仪结构，它可以实现高精度的光谱测量，但它也存在一些缺陷。如：

　　(1)由于迈克尔逊干涉光谱仪是非共路干涉和时间调制的 , 因而 , 光谱测量对扰动和机械扫描精度都很敏感，实现高精度光谱测量时要求很好的稳定机构和高精度机械扫描机构 , 这使光谱仪结构复杂、成本高。

　　(2)由于物面像元的干涉图是时间调制获得的 ,故不能测量空间迅变物的光谱 , 而只能测量空间和光谱不随时间变化或缓变物的光谱。

　　(3)由于光谱分辨率与动镜最大移动量成正比，要想达到比较高的光谱分辨率 , 则要求动镜移动量很大 , 因此容易使系统做得比较庞大。针对以上这些不足，人们进行了大量的研究，提出了各种解决方案 , 例举如表 1 所示。