[發(fā)明專利]小型中階梯光柵光譜儀的裝調(diào)方法

有效

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• 申請日: 2012-07-25
• 公開（公告）號: CN102809428A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳少杰;寧春麗;崔繼承;巴音賀希格;齊向東;唐玉國
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 王淑秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光譜技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種小型中階梯光柵光譜儀的裝調(diào)方法。

背景技術(shù)

中階梯光柵光譜儀采用中階梯光柵作為主色散元件，經(jīng)棱鏡橫向色散后，在像面上形成二維重疊光譜，該結(jié)構(gòu)形式使中階梯光柵光譜儀同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高分辨率、寬波段的瞬態(tài)測量。目前，中階梯光柵光譜儀已在石油、化工、冶金、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。一般的中階梯光柵光譜儀波段范圍為200nm-900nm，光譜分辨率可達(dá)20000，經(jīng)精確標(biāo)定后，中階梯光柵光譜儀波長標(biāo)定精度可達(dá)0.01nm。精確裝調(diào)是保證中階梯光柵光譜儀高分辨率與波長準(zhǔn)確性的重要環(huán)節(jié)之一，只有精確裝調(diào)才能保證其結(jié)構(gòu)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)盡可能的接近，使像面的成像質(zhì)量達(dá)到最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)像面的一致性與全波段的高分辨率。

目前應(yīng)用的一種中階梯光柵光譜儀的光路結(jié)構(gòu)，包括聚光鏡、入射針孔、準(zhǔn)直鏡、中階梯光柵、交叉色散棱鏡、聚焦鏡和面陣探測器；所述準(zhǔn)直鏡和聚焦鏡均采用拋物鏡；聚光鏡將入射光束聚焦到入射針孔，從入射針孔出射的光束照射準(zhǔn)直鏡，準(zhǔn)直鏡反射的平行光直接入射到中階梯光柵表面，中階梯光柵衍射的光束經(jīng)交叉色散棱鏡表面反射后照到聚焦鏡上，聚焦鏡反射的匯聚光由面陣探測器接收。

由于中階梯光柵光譜儀經(jīng)交叉色散后在面陣CCD上成像，像面較大，為了保證整個(gè)像面的成像質(zhì)量以及像差的一致性，光學(xué)設(shè)計(jì)中采用離軸拋物鏡作為系統(tǒng)的準(zhǔn)直鏡與成像鏡。通過分析，得知在系統(tǒng)的成像質(zhì)量中對兩片離軸拋物鏡引入的誤差非常敏感。排除離軸拋物鏡的加工誤差后，其誤差主要來源于位置誤差、角度誤差、俯仰誤差，以及滾轉(zhuǎn)誤差，以上誤差均屬于安裝誤差。采用精確的裝調(diào)方法，可以有效的減小各種誤差，使成像質(zhì)量盡可能的接近設(shè)計(jì)結(jié)果。目前，國內(nèi)外對于高精度光學(xué)儀器的裝調(diào)方法較多，但對于中階梯光柵光譜儀的精確裝調(diào)方法的討論并不多見，同時(shí)由于中階梯光柵光譜儀光學(xué)性質(zhì)的特殊性，其裝調(diào)方法需要針對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。大多數(shù)裝調(diào)方法都需要配合使用多個(gè)專業(yè)的輔助裝調(diào)設(shè)備，裝調(diào)過程較為繁瑣，判讀環(huán)節(jié)較多，對裝調(diào)者的經(jīng)驗(yàn)依賴較大。同時(shí)，由于中階梯光柵光譜儀結(jié)構(gòu)較小，并且考慮到紫外波段的應(yīng)用，大多數(shù)中階梯光柵光譜儀均采用封閉式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這使得輔助裝調(diào)設(shè)備的使用受到了嚴(yán)重的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種所需專業(yè)輔助設(shè)備少、操作簡便、易于應(yīng)用，并利于實(shí)現(xiàn)中階梯光柵光譜儀的高分辨率、寬譜段范圍、全譜瞬態(tài)直讀光譜分析的中階梯光柵光譜儀的裝調(diào)方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的中階梯光柵光譜儀的裝調(diào)方法包括下述步驟：

步驟一：

將第一入射針孔安裝固定，第一聚光鏡放置于第一入射針孔前，第一入射針孔作為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的坐標(biāo)原點(diǎn)；然后將第一可見光激光器作為光源，使第一可見光激光器出射的光束無俯仰、無傾斜地經(jīng)過第一聚光鏡后入射到第一入射針孔；

步驟二：

在第一聚光鏡與入射針孔之間放置第一半反半透板，在第一半反半透板反射光路上與第一入射針孔對稱的位置放置第一顯微鏡；將準(zhǔn)直鏡放置在第一入射針孔的出射光路上，并調(diào)整準(zhǔn)直鏡的位置使第一入射針孔位于準(zhǔn)直鏡的焦點(diǎn)處；在中階梯光柵位置先安裝第一平面反射鏡，使第一平面反射鏡與準(zhǔn)直鏡出臂垂直，固定第一平面反射鏡；調(diào)整準(zhǔn)直鏡的角度，當(dāng)在第一顯微鏡視場中看到反射光從第一入射針孔射出時(shí)，固定準(zhǔn)直鏡；

步驟三：

利用水平儀消除交叉色散棱鏡的滾轉(zhuǎn)誤差；利用高度尺測試由第一平面反射鏡反射并入射到交叉色散棱鏡的光線高度，利用高度尺測試交叉色散棱鏡折射后的出射光線，調(diào)整交叉色散棱鏡，使出射光線與入射光線在同一水平面上；

步驟四：

調(diào)整聚焦鏡的位置，使像面位于聚焦鏡的焦平面上，在像面中心安裝第二入射針孔；然后將第二聚光鏡、第二可見光激光器放置于第二入射針孔后，使第二可見光激光器出射的光束經(jīng)過第二聚光鏡后無俯仰、無傾斜地入射到第二入射針孔；

在第二聚光鏡與第二入射針孔之間放置第二半反半透板，在第二半反半透板反射光路上與第二入射針孔對稱的位置放置第二顯微鏡；在交叉色散棱鏡方向放置第二平面反射鏡，使第二平面反射鏡與聚焦鏡的出臂垂直，固定第二平面反射鏡；調(diào)整聚焦鏡的角度，當(dāng)在第二顯微鏡視場中看到反射光從第二入射針孔射出時(shí)，固定聚焦鏡；

步驟五：