[發明專利]高分辨率光譜測量裝置

無效

• 申請號: 200810032679.7
• 申請日: 2008-01-16
• 公開（公告）號: CN101281061A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 蔡小舒
• 申請（專利權）人: 蔡小舒
• 主分類號: G01J3/42
• 分類號: G01J3/42;G02B6/32
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及光譜測量技術，特別是涉及一種用多個色散元件、光纖和面陣光敏元件，如CCD、CMOS、PDA等來實現高分辨率光譜測量的技術。

背景技術

光譜測量裝置是應用極廣泛的測量和分析儀器，在各行各業都有廣泛的應用。現有的光譜測量裝置采用棱鏡或光柵等色散元件將入射光色散成組成入射光的光譜。測量光譜有2類方法，1類是固定出射狹縫，在出射狹縫出口裝有光電探測元件，如光電倍增管等。當入射光經過入射狹縫照射到色散元件時，旋轉色散元件，使色散的光譜信號連續通過出射狹縫被狹縫出口安裝的光電探測元件接收，轉變成電信號。另一類是用一線陣光敏元件，如線陣CCD，線陣CMOS，線陣光敏二極管PDA等同時接收被色散元件色散的光譜信號，轉變成電信號。這是近年來得到迅速發展的光纖光譜儀的基本原理。

在第一類方法中，如果用很窄的入射狹縫和出射狹縫結合較大的色散角，可以實現高的光譜分辨率，但該類方法測量時間較長，光路復雜，不適合動態光譜或瞬態光譜的測量。而且為得到高的光譜分辨率，必須采用很窄的入射狹縫和出射狹縫，光能的利用率很低，不得不用光電倍增管、雪崩二極管等高靈敏度的光電探測元件進行測量。

在第二類方法中，光譜測量的分辨率主要取決于光柵的線對數，要測量的光譜范圍，入射狹縫的寬度和CCD或其它光敏陣列元件的象素的尺寸和數目。在這類方法中，光譜測量裝置可以實現動態光譜或瞬態光譜的測量。但受CCD或其它光敏陣列元件制作工藝的限制，這類方法的光譜分辨率低于第一類方法，不能滿足某些即需要高分辨率光譜測量，又要求測量時間很短的動態光譜或瞬態光譜測量的場合。

為克服這些矛盾，其它一些光譜測量方法被提出，如利用階梯光柵，獲得衍射光譜的不同級光譜，對這些不同級的光譜進行測量，可以獲得很高分辨率的光譜。在德國專利DE?19620541?A1中提出了一種用階梯光柵和光纖實現高分辨率光譜測量的方法，在該專利中，申請人用階梯光柵獲得不同衍射級的色散光譜，然后將不同衍射級色散的光譜用光纖引出，再進行色散，獲得高分辨率的光譜。但這種高分辨率光譜測量裝置的結構比較復雜。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能在獲得高分辨率的同時，大幅度提高靈敏度的；能測量動態光譜或瞬態光譜的，且光路比較簡單的高分辨率光譜測量裝置。

為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種高分辨率光譜測量裝置，其特征在于，由光入射端起依次包括入射透鏡、至少一套色散傳播部分、狹縫、終端色散元件、面陣光敏元件，所述每套色散傳播部分由光輸入端起依次包括(第一)色散元件、柱透鏡、由固定件固定的按直線排列的至少二根光纖束；

入射光經入射透鏡后形成平行光照射到色散傳播部分的(第一)色散元件上進行分段，經(第一)色散元件色散后的入射光(譜)經柱透鏡聚焦后(分段)進入至少二根光纖束，光經光纖束傳播后到達光纖出射端，再傳播到后一個色散傳播部分的色散元件上進行再分段，或者經過狹縫到達終端色散元件，經終端色散元件色散的各個波段的光譜信號照射到面陣光敏元件上，由面陣光敏元件轉換成電信號，完成光譜的測量。

進一步的，所述終端色散元件、色散傳播部分的色散元件包括棱鏡或反射光柵。

進一步的，所述反射光柵包括凹面反射光柵、需要在光路中增加凹面反射鏡和/或匯聚透鏡的平面光柵。

進一步的，所述面陣光敏元件包括面陣CCD、CMOS、或面陣PDA等光敏元件。

進一步的，所述色散傳播部分的光纖出射端各光纖間應當保持(一定的)間隔，

進一步的，所述色散傳播部分的光纖束的入射端為“之”字形光纖排列方式。

進一步的，所述色散傳播部分的不同子波段的光纖的出射端安裝角按光柵對不同波長光的色散角進行安裝。

進一步的，所述狹縫也對應每根光纖分成不同部分進行安裝。

利用本發明提供的高分辨率光譜測量裝置，由于采用將入射光色散后進行分段傳播、并分別在不同的光敏元件上轉換成電信號的光譜測量方式，使光譜測量既提高了分辨率，又提高了靈敏度；由于采用面陣CCD、CMOS、或面陣PDA等光敏元件，每個光譜子波段可以由面陣光敏元件上的若干行象素同時探測，將其輸出信號疊加，可以獲得高的靈敏度；由于將原光譜分解成若干個子光譜波段，每個光譜子波段的波長范圍減小，這就可能采用較寬的入射狹縫，在獲得高分辨率的同時，大幅度提高靈敏度。

附圖說明

圖1是本發明實施例的用二個色散元件、多根光纖和一個面陣CCD構成的高分辨率光譜測量裝置的結構示意圖；