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傅里叶变换红外光谱仪由于具有高通量、多通道、高精确度、结构紧凑以及宽光谱范围等优点,可以对气体、液体或固体样品光谱进行十分有效的分析和测量。与体积、重量庞大的大型傅里叶变换光谱仪相比,高精度、轻量化且小型化的傅里叶变换光谱仪在应用上更为便利,是实现医疗检测、化学分析、环境监测以及空间探测等前沿基础研究领域现代化发展的重要仪器设备。
本论文研究了一种小型静态化傅里叶变换红外光谱仪,其分光干涉系统采用传统的迈克尔逊干涉仪结构,不同的是利用两个多级微反射镜代替了两臂的平面镜。该光谱仪系统中没有可动器件,结构紧凑,且稳定性好。
本论文的主要工作有以下三个部分:
一、在原有结构设计的基础上,采用ASAP等专业模拟仿真软件进行了光谱仪的工作过程模拟,分析了多级微反射镜表面粗糙度和台阶高度对复原光谱的影响,确定了多级微反射镜表面粗糙度和台阶高度的最大容忍值,同时,也对多级微反射镜的倾斜误差进行了理论计算及模拟分析。以上分析为后期多级微反射镜的工艺制作以及整个干涉系统的公差分析和装调提供了理论依据。
二、根据多级微反射镜的结构参数,提出采用MOEMS技术制作第一多级微反射镜,介绍了具体的工艺制作流程,详细阐述了该方法所涉及的关键工艺技术,对多级微反射镜进行了实验研究,分析了工艺参数对多级微反射镜表面质量的影响及多级微反射镜台阶宽度误差,通过优化实验条件完成了第一多级微反射镜的制作,并对实验结果进行了测试;采用可调节倾角挤压基片方法制作第二多级微反射镜,实验结果基本达到设计要求。
三、在完成了多级微反射镜的工艺制作之后,利用机械设计软件对多级微反射镜夹具的机械结构进行设计,并加工。与光谱仪各个光学元件组合在一起,搭建光路,利用可见光,反射式原理对干涉系统光路进行初步装调。