[發明專利]一種應用凹面光柵的便攜式拉曼光譜儀

無效

• 申請號: 201410320224.0
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104076022A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 陳和;金星煥;張寅超;陳思穎;郭磐
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01J3/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種便攜式拉曼光譜儀，特別涉及一種應用凹面光柵的便攜式拉曼光譜儀，屬于光譜技術領域。

背景技術

現有的拉曼光譜儀多數為Czerny-Turner(C-T)結構，傳統的Czerny-Turner(C-T)結構由兩個反射鏡和一個平面光柵組成，在裝調時比較復雜，同時光能量在傳輸過程中損耗大。而中階梯光柵光譜儀雖然分辨率高，但需要兩個分光元件，經過多次反射能量損耗更大，結構更為復雜。平場光柵光譜儀由一個單獨的凹面光柵組成，但工作需要的橫向長度較大，近似等于凹面光柵的曲率半徑，不利于便攜性，且分辨率不夠高。所以，現有的拉曼光譜儀結構都不能同時滿足高分辨率、便攜性和低能量損耗的要求。

發明內容

本發明針對現有拉曼光譜儀光學結構存在的問題，提出了一種應用凹面光柵的便攜式拉曼光譜儀。

本發明的技術方案如下：

一種應用凹面光柵的便攜式拉曼光譜儀，包括入射孔、凹面光柵、聚焦反射鏡和探測器，經由入射孔入射的拉曼散射光被凹面光柵分光和準直后平行出射到聚焦反射鏡，被聚焦反射鏡反射匯聚后由探測器接收。

拉曼散射光由所述入射孔進入所述拉曼光譜儀，入射孔作用是減少外界雜散光進入系統。

所述凹面光柵的作用是對入射光進行分光和準直，入射光經過凹面光柵衍射后平行出射。

由凹面光柵出射的平行光入射到所述聚焦反射鏡后匯聚出射，聚焦反射鏡為球面反射鏡。

所述探測器為線陣CCD，其作用是接收匯聚的光線。

有益效果

對比現有拉曼光譜儀，本發明具有以下優點：

將光譜儀光學結構中準直鏡的準直作用和分光系統的分光作用由一個凹面光柵獨立完成，使結構更加簡單緊湊，減小光能量在傳輸中的損耗，易于裝調。

聚焦鏡和凹面光柵組成的結構比單獨應用凹面光柵的結構縮短了一半橫向長度，提高了便攜性。且在數值孔徑一定時橫向長度越小，所需要的凹面光柵面積越小，所以本結構也節省了器件所需的原材料。

附圖說明

圖1為本發明應用凹面光柵的便攜式拉曼光譜儀的光路結構示意圖；

圖2為實施例探測器接受面上不同波長對應的點列圖；其中(a)為614.2和614.5nm的點列圖，(b)為537.7nm和538nm的點列圖；

圖3為由實施例拉曼光譜儀所得到的子午方向的光學傳遞函數(MTF)曲線；其中(a)為614nm的MTF曲線，(b)為538nm的MTF曲線；

圖4為實施例拉曼光譜儀在整個波段內像面上點列圖半徑的均方根(RMS)值；

附圖標記：1-入射孔；2-凹面光柵；3-球面反射鏡；4-探測器。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的目的和作用作進一步詳細說明。

一種應用凹面光柵的便攜式拉曼光譜儀，如圖1所示，包括：入射孔1、凹面光柵2、聚焦反射鏡3和探測器4。

所述入射孔1用于將待檢測的拉曼散射光導入所述拉曼光譜儀，同時減少外界的雜散光進入；采用的是數值孔徑NA＝0.12的光纖。

所述凹面光柵2的作用是對入射光進行分光和準直；本發明將傳統C-T結構中的準直鏡和分光光柵由一個凹面光柵代替，減小了系統的體積和光能量的損耗。

所述聚焦反射鏡3的作用是對經由所述凹面光柵2衍射后的平行出射光進行匯聚；采用的是球面反射鏡。

所述探測器用于接收經聚焦反射鏡匯聚后的光線；采用的是線陣CCD。

本實施例拉曼光譜儀為分光光譜儀而非成像光譜儀，所以主要考慮子午面內的參數，在弧矢面保證能量集中即可。入射孔1為數值孔徑0.12的光纖；凹面光柵2為球面光柵，曲率半徑為160mm，面半徑為16.5mm，光柵的傾角為21.5度，光柵常數為1/600mm，光柵的衍射級為1；聚焦反射鏡3為球面反射鏡，曲率半徑為200mm，面半徑為8.7mm，傾角為2度；探測器4為線陣CCD，分辨率為1024﹡64像素，每個像素大小為7μm﹡7μm，傾角為4.5度。

其中入射孔1到凹面光柵2的水平距離為105mm；凹面光柵2到聚焦反射鏡3的水平距離為101mm；聚焦反射鏡3到探測器4的距離為78.2mm。

下面給出本實施例拉曼光譜儀在ZEMAX光學設計軟件中的試驗評估結果。

如圖2所示，(a)和(b)分別為614.2和614.5nm的點列圖、537.7nm和538nm的點列圖。在長波段和短波段，相差0.3nm的波長都能明顯被區分開，證明分辨率達到0.3nm。