DE19612794A1

DE19612794A1 - Fourier spectrometer

Info

Publication number: DE19612794A1
Application number: DE19612794A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Rer Nat Overhamm; Wolfgang Dr Rer Nat Kern; Rudolf Dr Rer Nat Schmitz; Guenther Kern
Original assignee: OVERHAMM MICHAEL DR
Current assignee: OVERHAMM MICHAEL DR
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-30
Publication date: 1996-10-02
Also published as: TW337552B

Abstract

The Fourier spectrometer has both mirrors (2,3) fixed imposition at the beam divider (1). One mirror (2,3) is tilted by a given angle ( alpha ) in relation to the main optical axis. The theoretical swing axis of the tilted mirror (2,3) is parallel to the plane of the beam divider (1). The spacer element (14) is pref. of Mylar (RTM: polyester) film.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fourier-Spektrometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a Fourier spectrometer according to the preamble of claim 1.

Fourier-Spektrometer sind bekannt. Beispielsweise wird in dem "Lehrbuch der Experimentalphysik" Band III Optik, Bergmann/Schaefer auf Seite 319 auf die Fourier-Spektroskopie verwiesen.Fourier spectrometers are known. For example, in the "Textbook Experimental Physics "Volume III Optics, Bergmann / Schaefer on page 319 referred to Fourier spectroscopy.

In dem Lehrbuch wird ausgeführt, daß ein Spiegel des Interferometers durch einen Präzisionsantrieb verschoben wird. Die Bewegung des Spiegels wird zusammen mit den gemessenen Interferenzen in einem Rechner ausgewertet.In the textbook it is stated that a mirror of the interferometer is moved by a precision drive. The movement of the The mirror is measured together with the measured interference Computer evaluated.

Wie schon in dem bekannten Lehrbuch ausgeführt wird, muß die Bewegung des Spiegels mit hoher Präzision erfolgen. Der Aufwand an Präzisionsmechanik ist nicht unerheblich und erfordert genaue Justierarbeiten.As already stated in the well-known textbook, the Movement of the mirror done with high precision. The effort Precision mechanics is not insignificant and requires precise ones Adjustment work.

Es ist wünschenswert, ein Fourier-Spektrometer mit einem geringeren Aufwand an Präzisionsmechanik zu schaffen.It is desirable to use a Fourier spectrometer with a lower one To create effort in precision mechanics.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fourier-Spektrometer zu schaffen, daß ohne mechanisch bewegte Teile auskommt. It is therefore an object of the invention to provide a Fourier spectrometer create that works without mechanically moving parts.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object of the invention is achieved by the features of claim 1 solved.

Üblicherweise werden ebene Spiegel verwendet, die exakt im rechten Winkel zu den optischen Achsen liegen. Demgegenüber geht die Erfindung die Weg, einen der Spiegel um einen bestimmten Betrag aus der Ebene üblicher Anordnung heraus zu neigen.Flat mirrors are usually used, those in the right one Angle to the optical axes. In contrast, the Invention the way out of the mirror by a certain amount the level of the usual arrangement.

Erfindungsgemäß führt die Spiegelneigung zu der erwünschten Wirkung, daß ein statisches Fourier-Spektrometer geschaffen wird, das vollkommen ohne bewegte Teile auskommt. Die Spiegelneigung weist einen sehr kleinen Wert auf und im liegt im Bereich der Fertigungsfehler der Strahlteilerwürfel. Bei üblichen Strahlteilerwürfeln wird ein Spiegel an einer Seite nur um 10 bis 100 µm angehoben.According to the invention, the inclination of the mirror leads to the desired effect, that a static Fourier spectrometer is created that is perfect works without moving parts. The mirror inclination shows a lot small value on and lies in the area of manufacturing defects Beam splitter cube. With conventional beam splitter cubes, a mirror is turned on one side only raised by 10 to 100 µm.

Der Aufbau eines Fourier-Spektrometers nach der Erfindung ist somit wesentlich kostengünstiger und robuster.The structure of a Fourier spectrometer according to the invention is thus much cheaper and more robust.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit der Erfindung neue Wege in der Analyse elektromagnetischer Felder möglich sind. Dabei werden Untersuchungsmöglichkeiten über fast das gesamte elektromagnetische Spektrum eröffnet.Another advantage of the invention is that with the invention new ways of analyzing electromagnetic fields are possible. Thereby, examination options are available for almost the entire electromagnetic spectrum opened.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:The invention will be described in more detail below with the aid of the drawing described. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipskizze der Erfindung; Figure 1 is a schematic diagram of the invention.

Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 shows a first embodiment of the invention;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 shows a second embodiment of the invention;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 1, und Fig. 4 is a side view of the embodiment of Fig. 1, and

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Strahlteilertrapezoiden. 5 shows a further embodiment of a Strahlteilertrapezoiden..

Fig. 1 zeigt einen um 45° geneigten Strahlteiler 1 eines Fourier- Spektrometers, dem aus Richtung der optischen Achse X Licht in bekannter Weise von einer Strahlenquelle (nicht gezeigt) zugeführt wird. Fig. 1 1 shows a 45 ° angled beamsplitter a Fourier spectrometer, which is supplied from the direction of the optical axis X of light (not shown) in known manner by a radiation source.

Weiter ist ein erster Spiegel 2 und ein zweiter Spiegel 3 vorgesehen. Spiegel 2 steht senkrecht zu der zweiten optischen Achse Y, die wiederum im rechten Winkel zu der Achse X verläuft. Wesentlich ist, daß einer der beiden Spiegel 2, 3 um einen kleinen Winkel "a" aus seiner Lage senkrecht zu den Hauptachsen geneigt ist. In Fig. 1 ist Spiegel 3 um eine gedachte Schwenkachse aus der Ebene 4 verschwenkt. Die Schwenkachse verläuft parallel zu der Ebene des Strahlteilers 1. Der Winkel "a" liegt je nach Wellenlänge usw. in einem Bereich von z. B. 0,05 bis 0,5°. Berechnungen haben Winkel "a" von z. B. 0,166075° und 0,2431° ergeben.Furthermore, a first mirror 2 and a second mirror 3 are provided. Mirror 2 is perpendicular to the second optical axis Y, which in turn is at right angles to the X axis. It is essential that one of the two mirrors 2 , 3 is inclined by a small angle "a" from its position perpendicular to the main axes. In Fig. 1 mirror 3 is pivoted about an imaginary pivot axis from the plane 4 . The pivot axis runs parallel to the plane of the beam splitter 1 . The angle "a" is depending on the wavelength, etc. in a range of z. B. 0.05 to 0.5 °. Calculations have angles "a" of z. B. 0.166075 ° and 0.2431 °.

In Fig. 1 ist der Spiegel 3 bezogen auf die Achse Y mit Blick auf die Blattebene nach links geschwenkt. Aufgrund der Spiegelneigung kommt es zu den gezeigten Strahlengängen, die eine optische Linse 5 durchlaufen und anschließend auf einen Detektor 6 treffen.In Fig. 1, the mirror 3 is pivoted to the left in relation to the axis Y with a view of the leaf plane. Due to the mirror inclination, the beam paths shown occur, which pass through an optical lens 5 and then hit a detector 6 .

Im Bereich des Detektors 6 kommt es zu einem Interferenzmuster, welches per digitaler Fourier-Transformation auf einem Computer in das entsprechende Spektrum umgewandelt wird.An interference pattern occurs in the area of the detector 6 , which is converted into the corresponding spectrum by digital Fourier transformation on a computer.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein erstes und zweites Prisma 7, 8 einen Strahlteilerwürfel bilden. Die Würfelflächen, die senkrecht bzw. parallel zu den Achsen X, Y stehen, sind mit 9, 10, 11, 12 bezeichnet. Die in Fig. 2 gezeigten Maße entsprechen nicht den konkreten Verhältnissen und sind nur zum besseren Verständnis, wie gezeigt dargestellt. Auch die Abstände zwischen den Spiegeln 2, 3 mit den Spiegelschichten 13 (nur an Spiegel 2 bezeichnet) zu den Würfelflächen 10,11 können entfallen. Folglich kann z. B. der Spiegel 2 direkt auf der Fläche 10 aufgedampft sein. Fig. 2 shows an embodiment in which a first and second prism 7 , 8 form a beam splitter cube. The cube faces that are perpendicular or parallel to the axes X, Y are designated by 9, 10, 11, 12 . The dimensions shown in Fig. 2 do not correspond to the specific conditions and are only shown for better understanding, as shown. The distances between the mirrors 2 , 3 with the mirror layers 13 (only labeled on mirror 2 ) to the cube surfaces 10 , 11 can also be omitted. Consequently, e.g. B. the mirror 2 can be evaporated directly on the surface 10 .

Weiter weicht Fig. 2 von Fig. 1 darin ab, daß der Spiegel 3 nunmehr nach rechts geschwenkt ist. Fig. 2 further deviates from Fig. 1 in that the mirror 3 is now pivoted to the right.

Der Kippwinkel, d. h. der Winkel "a", des Spiegels 3 kann durch ein Abstandselement 14 erzeugt werden. Hierzu ist das Abstandselement 14, das in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, an einer Außenseite des Spiegels 2 bzw. eine Ecke des Würfels angeordnet und dort befestigt. Die Spiegelseite, die dem Abstandselement 14 gegenüber liegt, liegt dann bevorzugt auf dem Würfel auf. Bei dem Abstandselement handelt es sich bevorzugt um eine Folie, z. B. mit dem Handelsnamen "Mylar" mit einer Dicke von beispielsweise 10 bis 100 µm.The tilt angle, ie the angle "a", of the mirror 3 can be generated by a spacer element 14 . For this purpose, the spacer element 14 , which is shown in broken lines in FIG. 2, is arranged on an outside of the mirror 2 or a corner of the cube and is fastened there. The mirror side, which lies opposite the spacer element 14 , then preferably lies on the cube. The spacer is preferably a film, e.g. B. with the trade name "Mylar" with a thickness of, for example, 10 to 100 microns.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der das eine Prisma 8 (vgl. Fig. 2) mit zwei rechtwinkligen zueinander stehenden Seiten durch ein dreieckigförmiges Prisma ersetzt ist, so daß sich insgesamt ein Strahteilertrapezoid 15 ergibt, dessen Fläche 11 die Spiegelfläche selbst bildet oder auf den der Spiegel 3 direkt aufgedampft ist. Die Neigung der Fläche 11 um den Winkel "a" kann je nach Anwendungsfall auch nach links geschwenkt sein (vgl. Fig. 1). Fig. 3 shows an embodiment in which the one prism 8 (see FIG. 2) with two mutually perpendicular sides is replaced by a triangular prism, so that overall a beam splitter trapezoid 15 results, the surface 11 of which forms the mirror surface itself or on which the mirror 3 is evaporated directly. Depending on the application, the inclination of the surface 11 by the angle “a” can also be pivoted to the left (cf. FIG. 1).

Während die Fig. 2 einen geneigten Spiegel 3 zeigt, handelt es sich in Fig. 3 um einen Keil, der direkt an dem Strahlteiler ausgebildet ist.While FIG. 2 shows an inclined mirror 3, it is in Fig. 3 by a wedge which is directly formed on the beam splitter.

Weiter unterscheidet sich Fig. 3 von der Ausführungsform nach Fig. 2 darin, daß anstelle des Spiegels 2 ein abgestuftes Spiegelsystem vorgesehen ist, das aus den Spiegeln 16, 17, 18, 19 besteht. Die Spiegel 16, 17, 18, 19 sind parallel und hinter einander angeordnet.Further, Fig. 3 2 differs from the embodiment according to Fig. That a stepped mirror system is provided in place of the mirror 2, which consists of the mirrors 16, 17, 18, 19. The mirrors 16 , 17 , 18 , 19 are arranged in parallel and one behind the other.

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht des Fourier-Spektrometers aus Fig. 3 in der um die Achse Y um 90° gedrehten Ansicht. In dieser Ansicht nach Fig. 4 sind treppenartige Abstufungen der Spiegel 16, 17, 18, 19 erkennbar. Der Spiegel 19 mit der größten Breite besitzt den größten Abstand zu der Fläche 10. Der kürzeste Spiegel 16 liegt an der Fläche 10 direkt an. Auf diese abgestufte Weise behindern sich die Spiegel 16, 17, 18, 19 nicht gegenseitig. FIG. 4 shows the side view of the Fourier spectrometer from FIG. 3 in the view rotated by 90 ° about the axis Y. In this view according to FIG. 4, step-like gradations of the mirrors 16 , 17 , 18 , 19 can be seen . The mirror 19 with the greatest width has the greatest distance from the surface 10 . The shortest mirror 16 lies directly on the surface 10 . In this graded manner, the mirrors 16 , 17 , 18 , 19 do not interfere with each other.

Den Spiegeln 16, 17, 18, 19 stehen an der Würfelfläche 12 Zylinderlinsen 20, 21, 23, 24 gegenüber. Die Zylinderlinsen 20, 21, 22, 23 entsprechen der Linse 5 in den Fig. 1 und 2.The mirrors 16 , 17 , 18 , 19 face 12 cylindrical lenses 20 , 21 , 23 , 24 on the cube surface. The cylindrical lenses 20 , 21 , 22 , 23 correspond to the lens 5 in FIGS. 1 and 2.

Fig. 5 zeigt gegenüber Fig. 4 eine Ausführungsform, bei der eine treppenartige Abstufung 24 direkt in den Strahlteilerwürfel eingearbeitet sind. Die Spiegel können wiederum direkt aufgedampft sein. Fig. 5 is compared with FIG. 4 shows an embodiment in which a step-like gradation of 24 are incorporated directly into the beam splitter cube. The mirrors can in turn be vapor-deposited directly.

Die Anzahl der treppenartigen Abstufungen 24 bzw. Spiegel 16, 17, 18, 19 ist nur beispielhaft gewählt und kann je nach Anwendungsfall das n- fache von einem Spiegel betragen.The number of step-like gradations 24 or mirrors 16 , 17 , 18 , 19 is chosen only as an example and, depending on the application, can be n times that of a mirror.

Der Zweck der treppenartigen Anordnung besteht darin, es wird ein etwa n-fach längeres Interferogramm und eine entsprechend erhöhte spektrale Auflösung nach der Fourier-Transformation erzielt.The purpose of the stair-like arrangement is that it becomes an approximately Interferogram n times longer and a correspondingly increased spectral Resolution achieved after the Fourier transformation.

Claims

1. Fourier spectrometer with a beam splitter, a first mirror, a second mirror and an evaluation system, characterized in that
that both mirrors ( 2 , 3 ) are arranged fixed to the beam splitter ( 1 ),
that one of the mirrors ( 2 , 3 ) is tilted by a certain angle "a" with respect to the associated main optical axis, and
that the imaginary pivot axis of the pivoted mirror ( 2 , 3 ) extends parallel to the plane of the beam splitter ( 1 ).

2. Fourier spectrometer according to claim 1, characterized in that the tilting of one of the mirrors ( 2 , 3 ) takes place by means of a spacer element ( 14 ) which is arranged on the side of the mirror ( 2 , 3 ) which lies opposite the imaginary pivot axis .

3. Fourier spectrometer according to claim 2, characterized in that the spacer element ( 14 ) is a film, preferably a Mylar film.

4. Fourier spectrometer according to claim 1, characterized in that the mirror is inclined using a wedge.

5. Fourier spectrometer according to claim 4, characterized in that the wedge is an integral part of a beam splitter cube.

6. Fourier spectrometer according to claim 5, characterized in that the wedge is ground on the beam splitter cube.

7. Fourier spectrometer according to claim 5 and 6, characterized in that the beam splitter cube forms a beam splitter trapezoid ( 15 ).

8. Fourier spectrometer according to claim 1 to 7, that at the exit surface ( 12 ) of the beam splitter cube a plurality of cylindrical lenses ( 20 , 21 , 22 , 23 ) are arranged, which are closely parallel to each other in one plane and with their longitudinal axis perpendicular to the entry surface ( 9 ) of the beam splitter cube, and that the cylindrical lenses ( 20 , 21 , 22 , 23 ) on the opposite surface ( 10 ) of the beam splitter cube are assigned an equal number of individual mirrors ( 16 , 17 , 18 , 19 ) which are stepped in different heights based on the plane of the cylindrical lenses ( 20 , 21 , 22 , 23 ) are arranged.

9. Fourier spectrometer according to claim 8, characterized in that the plurality of mirrors ( 16 , 17 , 18 , 19 ) have different widths, that the width gradations correspond to the distances between the adjacent cylindrical lenses ( 20 , 21 , 22 , 23 ) that one side of the mirrors ( 16 , 17 , 18 , 19 ) lie in a common plane, and that the mirrors ( 16 , 17 , 18 , 19 ) are layered one above the other in a plane-parallel manner.

10. Fourier spectrometer according to claim 8, characterized in that a step-like gradation ( 24 ) is incorporated in the beam splitter cube, which is occupied by the mirrors ( 16 , 17 , 18 , 19 ).

11. Fourier spectrometer according to claim 1 to 10, characterized in that the mirrors ( 2 , 3 , 16 , 17 , 18 , 19 ) are evaporated directly on the beam splitter cube.