[發(fā)明專利]具有內(nèi)部預(yù)色散的中階梯光柵光譜儀裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080015286.0
• 申請(qǐng)日: 2010-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN102378904A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: H.貝克-羅斯;S.弗洛雷克;M.奧克魯斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 萊布尼茨解析科學(xué)學(xué)院
• 主分類號(hào): G01J3/18
• 分類號(hào): G01J3/18;G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 胡莉莉;盧江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有內(nèi)部級(jí)次分離的中階梯光柵光譜儀裝置（Echelle-Spektrometeranordnung），其包含：

（a）用于對(duì)在主色散方向上的輻射進(jìn)行譜線分解的中階梯光柵，

（b）用于借助橫向色散方向上的輻射的譜線分解進(jìn)行級(jí)次分離的色散元件，該橫向色散方向與中階梯光柵的主色散方向形成角度，使得可產(chǎn)生具有多個(gè)被分離的級(jí)次的二維譜，

（c）用于將通過(guò)入射狹縫入射到光譜儀裝置中的輻射成像到圖像平面中的成像光學(xué)系統(tǒng)，以及

（d）在圖像平面中具有二維布置的多個(gè)檢測(cè)元件的面檢測(cè)器，以及

（e）用于朝色散元件的橫向色散的方向使輻射預(yù)色散的預(yù)色散裝置。

在中階梯光柵光譜儀中使用了具有階梯狀（Echelle（法語(yǔ)）=階梯）的橫截面的光柵。通過(guò)具有相對(duì)應(yīng)的閃耀角的步狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了衍射圖案，該衍射圖案將衍射強(qiáng)度集中到高的級(jí)次中，例如集中到第五十級(jí)到第一百級(jí)中。由此可以在緊湊布局的情況下實(shí)現(xiàn)高的光譜分辨率。這些級(jí)次可（按照入射的波長(zhǎng)）疊加。這些級(jí)次在帶有內(nèi)部級(jí)次分離的中階梯光柵光譜儀中因而再一次橫向于中階梯光柵的色散方向被色散，以便分離不同的出現(xiàn)的級(jí)次。這樣獲得了可以利用面檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)的二維譜。

具有內(nèi)部級(jí)次分離的中階梯光柵光譜儀與具有外部級(jí)次分離的中階梯光柵光譜儀的不同在于：在最后提到的光譜儀中，僅僅來(lái)自小的光譜范圍的輻射入射到該光譜儀中。在具有內(nèi)部級(jí)次分離的光譜儀中，光譜以二維結(jié)構(gòu)的形式在檢測(cè)器上被產(chǎn)生。該結(jié)構(gòu)由自由光譜范圍的大小的基本上彼此平行布置的光譜區(qū)段構(gòu)成。具有多個(gè)檢測(cè)元件的面檢測(cè)器的使用允許同時(shí)以高分辨率檢測(cè)大的波長(zhǎng)范圍。

橫向色散通常大地被選擇，使得級(jí)次到處完全被分離。為了在整個(gè)光譜范圍上保證這種情況，有如下光譜范圍：在所述光譜范圍中，在各個(gè)級(jí)次之間形成不使用的中間空隙。這樣，在將棱鏡用于橫向色散時(shí)，在短波光譜范圍中由于較高色散而形成比在較長(zhǎng)波的光譜范圍中更大的中間空隙。

在公知的裝置中的缺點(diǎn)是，當(dāng)較大光譜范圍要以高分辨率和足夠的光吞吐量被檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)器通常必須非常大。此外，如果輻射源以非常不同的光譜強(qiáng)度發(fā)射，則產(chǎn)生問(wèn)題。這樣，在光譜學(xué)中重要的從193nm到852nm的光譜范圍盡管被一些輻射器完全覆蓋，然而強(qiáng)度在350nm以上的范圍中常常比在200nm處的短波光譜范圍中高多個(gè)量級(jí)。通常，檢測(cè)器并不具有足夠的動(dòng)態(tài)范圍，使得光譜范圍僅須在靈敏度被損失的情況下同時(shí)被檢測(cè)或者彼此分離地必須在不同的光照時(shí)間（Belichtungszeit）的情況下被測(cè)量。

背景技術(shù)

由DD?292078公知一種利用在級(jí)次之間的中間空隙的裝置。光譜儀被配備有用于使入射到光譜儀中的輻射預(yù)色散的裝置。該裝置被設(shè)置在實(shí)際的光譜儀裝置外部。輻射通過(guò)棱鏡以非常小的角度被預(yù)色散。此外，選擇如下入射狹縫高度：所述入射狹縫高度與在短波光譜范圍中的兩個(gè)級(jí)次之間的中間空隙的最大寬度相對(duì)應(yīng)。通過(guò)適當(dāng)照明入射狹縫，短波輻射現(xiàn)在可以完全入射到光譜儀中。較長(zhǎng)波的光譜范圍的輻射由于預(yù)色散而僅僅部分地通過(guò)入射狹縫。由此在級(jí)次分離不是如此大的范圍中，較小的入射狹縫高度是有效的。以這種方式，通過(guò)合計(jì)檢測(cè)器的多個(gè)檢測(cè)元件的強(qiáng)度，針對(duì)通常在強(qiáng)度弱化的短波光譜范圍提高了信噪比。然而，射到每個(gè)單個(gè)檢測(cè)元件上的輻射保持相同。每個(gè)單個(gè)檢測(cè)元件的照明強(qiáng)度通過(guò)該裝置實(shí)際上沒(méi)有被改變。通過(guò)該裝置，盡管完全利用了檢測(cè)器面，但是為了檢測(cè)整個(gè)光譜所需的檢測(cè)器大小保持相同。通過(guò)不僅針對(duì)預(yù)色散而且針對(duì)橫向色散使用棱鏡，級(jí)次分離中的沿著光譜的差別均保持不改變。

此外還公知了一種通過(guò)目的在于通過(guò)在整個(gè)光譜范圍上的更均勻的橫向色散而更好地利用檢測(cè)器表面的裝置。更均勻的橫向色散通過(guò)如下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：橫向色散通過(guò)不同材料的兩個(gè)反向棱鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。色散接著由兩種材料的色散之差來(lái)確定。必須使用大的棱鏡角，以便實(shí)現(xiàn)足夠大的差。在最終得到僅僅小的色散的同時(shí)出現(xiàn)了相對(duì)應(yīng)高的透射損耗（Transmissionsverlust）。

DE?10?2004?028?001?A1描述了一種允許采用市場(chǎng)上可買到的較小的檢測(cè)器的裝置。該裝置使用了具有附加的成像光學(xué)系統(tǒng)的另一中階梯光柵光譜儀。兩個(gè)光譜儀中的每個(gè)都在波長(zhǎng)范圍上被優(yōu)化。輻射的測(cè)量接著通過(guò)劃分波長(zhǎng)范圍并且在時(shí)間上分離地進(jìn)行。通常強(qiáng)度較弱的、短波的波長(zhǎng)范圍在第一測(cè)量中被執(zhí)行，而更加強(qiáng)的長(zhǎng)波波長(zhǎng)范圍在第二測(cè)量中利用另一光譜儀來(lái)執(zhí)行。兩個(gè)光譜儀使用了如下相同的檢測(cè)器：該相同的檢測(cè)器在該裝置中允許被構(gòu)造得較小，因?yàn)椴辉俦仨氂蓹z測(cè)器檢測(cè)完整的光譜。