在干涉仪中补偿频率漂移的方法技术

一种在基于FT干涉仪的分光仪中补偿参考能源的频率漂移的方法，该分光仪具有一个算数单元，在其中获得表示响应于依赖参考能源的发射频率而生成的一个触发信号而收集的一个参考干涉图（40）的数据并且以同样的方法获得表示由FT干涉仪响应于也是依赖该参考能源的发射频率而生成的一个触发信号而记录的一个目标干涉图（42）的数据。该方法进一步包括该在该算数单元中对该表示该参考干涉图（40）的数据和该表示该目标干涉图（42）的数据进行比较从而确定在离开中心猝发（44）的至少一个区域（36）中的一个窗口W中的这些干涉图之间的一个相位偏移（d），以及在该算数单元中依赖于所确定的一个或多个偏移（d）生成一个数学变换，从而随后应用于控制该分光仪的运行以生成表示由该FT干涉仪记录的一个未知样本的一个频率稳定的干涉图的数据。

Method for compensating frequency drift in interferometer

A method of frequency drift compensation FT interferometer spectrometer in reference energy based on the spectrometer has an arithmetic unit, a trigger signal in the said transmitting frequency response to rely on reference energy generated and a reference collection of interferogram data (40) and in the same way was expressed by FT interferometer is also dependent on the frequency response to the reference energy and a trigger signal generated by a target recording interferograms (42) data. The method further includes the in the arithmetic unit of the representation of the reference interferogram (40) data and the representation of the target interferogram (42) data were compared to determine the left center burst (44) at least one region (36) a phase offset between a window in W in the interference graph (d), as well as in the arithmetic unit depends on one or more offset determined (d) generate a mathematical transform, an interferogram frequency and then applies a unknown samples to control the operation of the spectrometer to generate a representation of the instrument recorded by FT interference the stability of the data.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在干涉仪中补偿频率漂移的方法
本专利技术涉及一种用于补偿用于从未知样本生成光谱数据的干涉仪中的参考源的频率漂移的方法，并涉及一种根据该方法运行的基于傅里叶变换干涉仪的分光仪。
技术介绍
干涉光谱学技术被广泛用于未知样本的化学和组成特性的确定。根据这些技术运行的分光仪通常通过生成一个干涉图案和检测置于干涉能量束的路径中(或者有时在生成该干涉图案之前在该能量束的路径中)的感兴趣的未知样本的该图案的效应来这样做。这样得到的在时间或位置域中观察到的干涉数据(所谓的“干涉图”)然后使用傅里叶变换经受与该分光仪相关联的算数单元中的数字变换从而变换成频率或波长域中的信息。因此，此类分光仪通常被称为傅里叶变换(FT)分光仪。然后，未知样本的化学和/或组成特性的差别可能与所收集的数据的波长相关的强度变化有关。这通常是通过将合适的校准模型应用到相关联的算数单元中的该数据上而实现的。其中一种最常用的FT干涉仪类型为迈克耳孙干涉仪。干涉仪通过以下步骤生成所需要的干涉图案：使用分束器将来自探测能源的入射能量分成强度几乎相等的两条光束；将这些光束中的每一个从相关联的反射镜反射以便使其在该光束分离器处重新组合；移动一个或这两个反射镜以便在这些入射光束之间创建一个可变的路径差；以及由于路径差改变在一个检测器处监测干涉图案(干涉图)。通过在该(或这些)可移动反射镜的许多分离的和优选地等距的位置处测量该信号，可以通过在与该分光仪相关联的算数单元中应用FT技术从如此收集的干涉图重构光谱信息。众所周知，对于迈克耳孙型干涉仪，两条光束之间在具体路径长度差的干涉图的强度(所谓的延迟量)可以表达成延迟量的余弦函数之和。探测光束的每一个光谱元素(或频率)为该干涉图的每个点做出贡献，其中，每个元素的贡献(或权重)对于每个点而言是唯一的(假设为一个单侧干涉图)。当该分束器与每个反射镜之间的距离相等时，该延迟量为零。这会生成该干涉图的所谓中心猝发。为了减少计算负荷，熟知的快速傅里叶变换(FFT)技术常用于采用了迈克耳孙型FT干涉仪的现代分光仪中。对于FFT技术的应用而言关键的是在任何时间对延迟量的精确知晓。因此在此类迈克耳孙型FT干涉仪中精确地监测该反射镜(或这些反射镜)的移动。大多数情况下这是通过使用发射已知波长的实质上单色的辐射的参考能源来完成的。这通常是一个激光源，该激光源被配置成用于沿着一条穿过该干涉仪的路径发射已知波长的能量，该路径与来自该探测能源的能量所贯穿的路径基本相似。所产生的该检测器所检测到的实质上单频的振荡干涉图案依赖该(这些)反射镜的相对位置和该激光发射的波长。因此，当至少理论上准确地知道该激光的波长时，然后可以精确地确定或监测该移动反射镜的位置。从而，该检测器处的这个振荡信号用来控制或记录处于准确已知且等距的延迟量值的干涉数据的收集。这可以通过例如在零幅值交叉或用激光干涉图的其他周期性发生的特征触发数据收集来实现。正如可以意识到的，对相同的仪器在不同距离的干涉数据的收集之间或不同的仪器之间的激光发射的发射波长的变化将等距地但在稍微不同距离触发数据收集。这将引起在这些不同距离处收集的干涉图的相位偏移。这将展示为经傅里叶变换的所收集的数据的频率或波长刻度的不同，并最终达到未知样本的化学和/或组成特性的不同，未知样本的化学和/或组成特性有待与该相关联的算数单元中所收集的数据的频率或波长相关的强度变化相关。为了缓解这个问题并对此类由参考源漂移造成的相位差进行校正，在其作业使用期间不时地对基于FT干涉仪的分光仪进行标准化是熟知的。通常在这种标准化事件中，比如在US5,933,792中所披露的，用干涉仪对参考样本进行测量，并且在分光仪的算数单元中将干涉图或经傅里叶变换的光谱数据与该参考样本的所希望的干涉图或已变换光谱数据进行比较。然后该算数单元运行以基于该比较生成多个参数，这些参数描述了参考样本的测量到所希望的测量的转变，并且当被应用到一种未知样本的测量时，这些参数将对这些测量进行变换以生成标准化的测量(已针对频率漂移进行了校正)。以此方式，使用一个仪器获得的针对一个样本的信息将与用相同类型的任何其他仪器针对相同样本所获得的信息相同。而且，预期这种标准化将对相同仪器中的上述时间变化进行校正。不幸的是，相同仪器中的参考能(典型地，参考激光)源的波长的变化或漂移经常比该仪器的标准化事件之间的间隔更频繁，这样使得上述标准化事件仅部分地解决该问题。这具体为当固态发射源用作该参考时的情况。这些源通常比传统用作参考的氦/氖激光器更易受环境变化的影响。频繁的温度漂移被看做是这些固态源的具体问题，并且现代迈克耳孙型FT干涉仪中经常包括相对昂贵的温度稳定单元以对抗该问题。
技术实现思路
在不需要参考源的准确温度稳定的条件下对抗FT干涉仪中的频率漂移是本专利技术的一个目的。根据本专利技术，提供了一种补偿基于FT干涉仪的分光仪中的频率漂移的方法，该方法包括以下步骤：(a)在该分光仪的一个算数单元中获得表示响应于依赖一个参考能源的发射频率而生成的一个触发信号而收集的一个参考干涉图的数据，从而反映该干涉仪的一个移动光学元件的位置；以及(b)随后在该算数单元中获得表示由该FT干涉仪记录的一个目标干涉图的数据；其特征在于，该方法进一步包括下列步骤：(c)在该算数单元中对表示该参考干涉图的数据和表示该目标干涉图的数据进行比较从而确定在离开中心猝发的至少一个区域中的这些干涉图之间的一个相位偏移；(d)在该算数单元中依赖于所确定的一个或多个偏移生成一个数学变换；以及(e)应用该数学变换从而控制该分光仪的运行以生成表示由该FT干涉仪记录的一个未知样本的一个频率稳定的干涉图的数据。可以生成该变换从而在一个感兴趣的干涉图区域上最大化该参考和该目标干涉图数据之间的相位相关性。可以在该算数单元中应用该变换以数学地校正为未知样本记录的干涉图。其中，在该算数单元中生成该数学变换可包括依赖于所确定的一个或多个偏移dmax生成一个变换从而贯穿一个感兴趣的干涉图区域最大化在该参考和该目标干涉图数据之间的一种相位相关性。其中，该算数单元可被配置成用于将该数学变换生成为一个也是该移动光学元件的位置的函数。其中，该算数单元可被配置成用于将该数学变换生成为由该移动光学元件的位置的该函数相乘的一个相对百分比偏移d％。其中，该算数单元可被适配成用于校正表示该参考和该目标干涉图中的每一个的数据从而提供给分别表示该参考和该目标干涉图的每个相位补偿的数据，其中每个贡献频率在中心猝发处可以是同相的并且可在步骤(c)的比较中使用这个相位补偿的数据。根据本专利技术，还提供了一种基于FT干涉仪的分光仪，其中该干涉仪包括至少一个可移动光学元件，该移动光学元件被配置成用于在该干涉仪中的光束间引入一个路径长度差；该分光仪进一步包括一个参考能源，该参考能源被配置成用于以一个参考频率发射可用于依赖该至少一个可移动光学元件的位置而生成一个触发信号的能量；以及互相被配置成用于响应于该触发信号而使得记录来自该FT干涉仪的干涉数据的一个检测器和一个算数单元的一种合作式安排；其特征在于，该算数单元被配置成用于在相关联的内存单元n中定位表示一个参考干涉图的数据以及表示一个目标干涉图的数据并且用于致使该分光仪运行从而执行上面所述的方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基于FT干涉仪(4)的分光仪(2)中补偿参考能源(22)的频率漂移的方法，包括以下步骤：(a)在该分光仪(2)的一个算数单元(6)中获得表示响应于依赖该参考能源(22)的发射频率而生成的一个触发信号而收集的一个参考干涉图(40)的数据，从而反映该干涉仪(4)的一个移动光学元件(10)的位置；以及(b)随后获得表示由该FT干涉仪(4)响应于依赖该参考能源(22)的发射频率而生成的一个触发信号而记录的一个目标干涉图(42)的数据并使其进入该算数单元(6)，从而反映该干涉仪(4)的一个移动光学元件(10)的位置；其特征在于，该方法进一步包括以下步骤：(c)在该算数单元(6)中对表示该参考干涉图(40)的数据和表示该目标干涉图(42)的数据进行比较从而确定在离开中心猝发的至少一个区域(36)中的这些干涉图之间的一个相位偏移；(d)在该算数单元(6)中依赖于所确定的一个或多个偏移d生成一个数学变换；以及(e)应用该数学变换从而控制该分光仪(2)的运行以生成表示由该FT干涉仪(4)记录的一个未知样本的一个频率稳定的干涉图的数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在基于FT干涉仪(4)的分光仪(2)中补偿参考能源(22)的频率漂移的方法，包括以下步骤：(a)在该分光仪(2)的一个算数单元(6)中获得表示响应于依赖该参考能源(22)的发射频率而生成的一个触发信号而收集的一个参考干涉图(40)的数据，从而反映该干涉仪(4)的一个移动光学元件(10)的位置；以及(b)随后获得表示由该FT干涉仪(4)响应于依赖该参考能源(22)的发射频率而生成的一个触发信号而记录的一个目标干涉图(42)的数据并使其进入该算数单元(6)，从而反映该干涉仪(4)的一个移动光学元件(10)的位置；其特征在于，该方法进一步包括以下步骤：(c)在该算数单元(6)中对表示该参考干涉图(40)的数据和表示该目标干涉图(42)的数据进行比较从而确定在离开中心猝发的至少一个区域(36)中的这些干涉图之间的一个相位偏移；(d)在该算数单元(6)中依赖于所确定的一个或多个偏移d生成一个数学变换；以及(e)应用该数学变换从而控制该分光仪(2)的运行以生成表示由该FT干涉仪(4)记录的一个未知样本的一个频率稳定的干涉图的数据。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该算数单元(6)中生成该数学变换包括依赖于所确定的一个或多个偏移dmax生成一个变换，从而贯穿一个感兴趣的干涉图区域使在该参考(40)和该目标(42)干涉图数据之间的一种相位相关性最大化。3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，该算数单元(6)被配置成用于将该数学变换生成为一个也是该移动光学元件的位置的函数。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该算数单元(6)被配...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨里克·V·朱尔，
申请(专利权)人：福斯分析股份公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK