[發明專利]一種光譜分析儀和光譜分析方法

有效

• 申請號: 201110461548.2
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102564591A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 俞曉峰;顧海濤;呂全超;李萍;俞大海;王健
• 申請（專利權）人: 聚光科技(杭州)股份有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種光譜分析儀和光譜分析方法，尤其涉及一種能夠有效提高窄波段光譜分辨率的光譜分析儀和光譜分析方法。

背景技術

在光譜探測領域中，一般要求光譜采集時間盡可能短，一次采集的光譜范圍要盡可能寬；整個探測系統要堅固緊湊，便于攜帶和戶外使用；這些特性不能犧牲光譜分辨率和精度，還要盡可能減少校準和各種漂移補償的工作量。

目前，常見的光譜儀的結構有Czerny-Turner結構、Paschen-Runge結構、平場凹面光柵分光系統、中階梯光柵二維分光系統等。

中階梯光柵二維分光系統由于其具有體積小、分辨率高等優點，在需要高分辨率的場合得到較多應用。

中階梯光柵二維分光系統，如圖1所示，一般包括光源1、入射狹縫3、準直鏡4、光柵6及棱鏡5、成像鏡7和探測器8。測量光通過一定的聚焦鏡2引入入射狹縫后，經過準直鏡4后獲得的準直光束入射到色散方向互相垂直的光柵6和棱鏡5上，實現入射光的二維色散，經過二維色散后的光入射到成像鏡7上，經過成像鏡7在探測器8的探測面上即像面上獲得一個二維從長波到短波整個寬波段對應的譜圖，即寬譜譜圖。

上述中階梯二維分光系統具有下列特點：在寬譜譜圖中，譜線在像面上呈現二維分布，即從短波到長波(160～850nm)譜線分布表現出短波譜線分布較疏、長波譜線分布較密的特點。

基于上述特點，中階梯光柵二維分光系統具有如下不足：

1、譜線分布不均勻

波長越長，對應的棱鏡折射率越小，則在分光時短波部分的譜線就占據大部分譜圖，而長波部分的譜線很密集且僅占據譜圖的少部分，譜線分布不均勻；

2、窄波段尤其是長波方向光譜分辨率低

此類分光系統的光學分辨率，受限于中階梯光柵的特性，波長越長，光學分辨率越大，分辨效果越差，如長波區域光學分辨率會變成短波區域光學分辨率的幾倍，如300nm以上波段對應的光學分辨率一般會變成短波200nm的2倍以上，嚴重影響了系統的光譜分辨能力；

3、測量誤差大

稀土元素和副族元素眾多譜線都集中在300～500nm波段，譜線特別密集，在這些場合譜線重疊干擾比較嚴重，常規的中階梯光柵二維分光系統的光譜分辨率不足以分辨出干擾譜線，使得分光系統無法有效地消除譜線干擾問題，導致測量誤差，不利于檢測。

發明內容

為了解決現有技術中的上述不足，本發明提供了一種成本較低、可靠性高、能夠改善傳統中階梯光柵二維分光系統窄波段光譜分辨率差的問題的光譜分析儀和光譜分析方法。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種光譜分析儀，包括：

光源，所述光源發出測量光；

光采集單元，所述光采集單元將測量光耦合至分光單元；

分光單元，所述分光單元包括第一分光模塊和第二分光模塊，測量光經所述第一分光模塊X方向分光后被所述第二分光模塊進行相同方向的分光；

成像單元和探測單元，所述測量光經過所述第二分光模塊分光后再被成像單元成像后被探測單元接收；

處理單元，所述處理單元處理探測單元接收到的信號，得到窄波段對應的譜圖。

進一步，所述第一分光模塊對測量光還進行Y方向的分光，X方向與Y方向不平行。

作為優選，所述X方向和Y方向相互垂直。

進一步，所述第一分光模塊包括第一棱鏡和第一光柵，所述第一光柵對測量光進行X方向的分光。

作為優選，所述第一光柵為中階梯光柵。

作為優選，所述第二分光模塊為反射或透射的中階梯光柵或平面光柵或凹面光柵。

作為優選，所述成像單元包括第一成像模塊和第二成像模塊，所述探測單元包括第一探測器和第二探測器；

測量光經所述第一分光模塊分光后，一部分經第一成像模塊成像后被第一探測器接收，一部分進一步被第二分光模塊分光、再經第二成像模塊成像后被第二探測器接收；所述處理單元處理第一探測器和第二探測器接收到的信號，分別得到寬波段和窄波段對應的譜圖。

作為優選，所述第二分光模塊設置在第二成像模塊上。

作為優選，所述第一探測器與第二探測器為同一探測器。

本發明還提供了一種光譜分析方法，包括以下步驟：

A、采用上述任一所述的光譜分析儀；

B、光源發出的測量光經所述第一分光模塊分光后，進一步被所述第二分光模塊分光，經成像單元成像后被探測單元接收，處理單元處理所述探測單元接收的信號，得到窄波段對應的譜圖。