[發明專利]一種中階梯光柵光譜儀的光路結構

無效

• 申請號: 201110075671.0
• 申請日: 2011-03-28
• 公開（公告）號: CN102226716A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發明（設計）人: 巴音賀希格;何淼;崔繼承;陳今涌
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/18
• 分類號: G01J3/18
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明屬于光譜技術領域，涉及一種中階梯光柵光譜儀的光路結構。

背景技術

光譜儀器是廣泛應用在科研、工業生產等領域的重要分析測試儀器。適應更高分辨率、更寬譜段范圍、全譜直讀的應用要求，是光譜分析儀器的發展方向。中階梯光柵光譜儀采用高色散、高分辨率、全波閃耀的中階梯光柵作為主要分光元件，分辨能力高于常規的光譜儀20倍以上，且具有體積小、全譜瞬態直讀的優點，屬于高端的光譜分析儀器。目前僅有少數發達國家進行了此類儀器的開發，PI、LEEMAN、Andor等公司推出了第一代商品化儀器。2004年德國耶拿公司推出的連續光源原子吸收中階梯光柵光譜儀contrAA，對原子吸收光譜儀器的發展具有劃時代意義。但其采用傳統的掃描記錄方式，分光光路系統由中階梯光柵、探測器以及掃描機構組成，因此，該光譜分析儀器體積相對較大，不能實現全譜直讀。

發明內容

本發明的目的是提供一種中階梯光柵光譜儀的光路結構，其采用中階梯光柵作為主要分光元件，利用棱鏡產生垂直于主色散方向的交叉色散，實現高分辨率、寬譜段范圍、全譜直讀的光譜分析。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種中階梯光柵光譜儀的光路結構，包括聚光鏡、入射針孔、拋物準直鏡、中階梯光柵、交叉色散棱鏡組、拋物聚焦鏡和探測器，聚光鏡置于光路的最前端，收集到的光會聚到入射針孔處；在聚光鏡和入射針孔形成的入射光線方向上，放置拋物準直鏡，拋物準直鏡的中心與聚光鏡及入射針孔的中心位置等高；在反射光的方向上，放置中階梯光柵，中階梯光柵的中心高度為反射光的光軸高度；交叉色散棱鏡組放置于由中階梯光柵出射的反射光方向上；經交叉色散棱鏡組反射的光由拋物聚焦鏡反射，最后聚焦到探測器上。

本發明的工作原理是：待測光由聚光鏡收集，聚焦到入射針孔處，經入射針孔透射后，入射光線照射在拋物準直鏡上形成平行光束，由拋物準直鏡反射的平行光束投射到中階梯光柵上，經中階梯光柵衍射形成色散光束，此色散方向即光路的主色散方向，由于中階梯光柵使用在較高的衍射級次和較大的衍射角度，色散光的不同衍射級次彼此重疊；之后通過交叉色散棱鏡組反射，光束在垂直主色散方向上產生色散，使不同的衍射級次從交叉色散棱鏡組出射角度不同，形成二維交叉色散光束；此光束經拋物聚焦鏡反射，成像到探測器的靶面上，從而得到待測光的二維色散譜圖。譜圖中主色散方向為中階梯光柵的色散方向，與衍射級次分開的方向垂直，單一波長的光譜會聚焦到譜圖上一點，因此，通過面陣探測器接收的二維光譜圖像中的譜線分布可以分析得到待測光包含的光譜信息。采用兩種不同材棱鏡組合作為交叉色散元件，可以解決單棱鏡在600nm以上波段色散量過小導致分辨率下降的問題，使儀器在整個光譜范圍內色散相對均勻，工作的譜段范圍更寬。

本發明的積極效果是：實現了高分辨率、寬譜段范圍、全譜瞬態直讀的光譜分析。由于主色散元件中階梯光柵工作在高衍射級次、大衍射角度，其色散能力比一般的衍射光柵高七倍以上；采用棱鏡作為交叉色散元件，能夠解決光柵衍射級次間彼此重疊的問題；二維色散光譜圖像通過面陣探測器接收，在寬譜段范圍內無需掃描，可實現多光譜瞬態直讀。本發明結構簡單可靠，無移動部件，操作容易，能很好地應用于中階梯光柵光譜儀系統中。

附圖說明

圖1是本發明中階梯光柵光譜儀的光路結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明中階梯光柵光譜儀的光路結構包括聚光鏡1、入射針孔2、拋物準直鏡3、中階梯光柵4、交叉色散棱鏡組5、拋物聚焦鏡6和探測器7；聚光鏡1置于光路的最前端，收集到的光會聚到入射針孔2處；在聚光鏡1和入射針孔2形成的入射光線方向上，放置拋物準直鏡3，中心與聚光鏡1及入射針孔2中心位置等高；在聚光鏡1和入射針孔2形成的反射光方向上，放置中階梯光柵4，中心高度為反射光的光軸高度；交叉色散棱鏡組5放置于由中階梯光柵4出射的反射光方向上；經交叉色散棱鏡組5反射的光由拋物聚焦鏡6反射后聚焦到探測器7上。