[發(fā)明專(zhuān)利]一種光譜儀的設(shè)計(jì)方法以及光譜儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410545740.3
• 申請(qǐng)日: 2014-10-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104296868A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪凱;周倩;逄錦超;張錦超;田瑞;許明飛;董昊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類(lèi)號(hào): G01J3/02
• 分類(lèi)號(hào): G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 余敏

1.一種光譜儀的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：通過(guò)設(shè)計(jì)，使用凹面光柵、三個(gè)入射狹縫和三個(gè)光探測(cè)器搭建光譜儀，且所述光譜儀的光譜檢測(cè)范圍為λ₁～λ₅；所述設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

1)根據(jù)所述光譜儀的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)，基于光程函數(shù)級(jí)數(shù)展開(kāi)法計(jì)算得到在單一入射狹縫時(shí)的入射角度值和所述入射角度值下所述凹面光柵的槽型周期，將得到的入射角度值作為第二入射狹縫的入射角θ_A2的值；

2)估算所述凹面光柵的閃耀角，確定所述凹面光柵的表面材料和槽型結(jié)構(gòu)；

3)根據(jù)步驟2)中凹面光柵的參數(shù)獲取入射角度為θ_A2時(shí)所述凹面光柵的波長(zhǎng)-衍射效率曲線，以及入射角度分布在-10°～20°范圍內(nèi)多個(gè)角度下所述凹面光柵的波長(zhǎng)-衍射效率曲線；

4)根據(jù)步驟3)得到的多個(gè)角度下的衍射效率相對(duì)于角度θ_A2時(shí)的衍射效率的變化，確定第一入射狹縫的入射角θ_A1的值、第三入射狹縫的入射角θ_A3的值以及波長(zhǎng)λ₂和λ₃的值，并取λ₄等于λ₂；

5)根據(jù)得到的三個(gè)入射角θ_A1、θ_A2、θ_A3的值，五個(gè)波長(zhǎng)λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅的值以及所述光譜儀的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)，基于光程函數(shù)級(jí)數(shù)展開(kāi)法，使用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX軟件進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，得到記錄結(jié)構(gòu)參數(shù)以及使用結(jié)構(gòu)參數(shù)；

6)根據(jù)步驟1)中的凹面光柵的槽型周期，步驟2)的凹面光柵的閃耀角、表面材料和槽型結(jié)構(gòu)以及步驟5)得到的記錄結(jié)構(gòu)參數(shù)確定所述凹面光柵的制作參數(shù)，得到滿(mǎn)足應(yīng)用的凹面光柵；

7)根據(jù)步驟5)得到的使用結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定三個(gè)入射狹縫和三個(gè)光探測(cè)器相對(duì)于所述凹面光柵的位置，從而搭建得到光譜儀。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述步驟4)中，根據(jù)如下條件確定四個(gè)值：確定的四個(gè)值使得滿(mǎn)足條件：η₁≥1.9η₂，η₃≥1.9η₄；其中，η₁表示波長(zhǎng)λ₁～λ₃范圍內(nèi)的各波長(zhǎng)處，角度θ_A1對(duì)應(yīng)的衍射效率值相對(duì)于角度θ_A2對(duì)應(yīng)的衍射效率值的相對(duì)變化絕對(duì)值；η₂表示波長(zhǎng)2λ₁～2λ₃范圍內(nèi)的各波長(zhǎng)處，θ_A1對(duì)應(yīng)的衍射效率值相對(duì)于角度θ_A2對(duì)應(yīng)的衍射效率值的相對(duì)變化絕對(duì)值；η₃表示波長(zhǎng)λ₃～λ₂范圍內(nèi)的各波長(zhǎng)處，角度θ_A3對(duì)應(yīng)的衍射效率值相對(duì)于角度θ_A2對(duì)應(yīng)的衍射效率值的相對(duì)變化絕對(duì)值；η₄表示波長(zhǎng)2λ₃～2λ₂范圍內(nèi)的各波長(zhǎng)處，θ_A3對(duì)應(yīng)的衍射效率值相對(duì)于角度θ_A2對(duì)應(yīng)的衍射效率值的相對(duì)變化絕對(duì)值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述步驟1)中，所述光譜儀的固定結(jié)構(gòu)參數(shù)包括光譜檢測(cè)范圍值，所述凹面光柵的曝光波長(zhǎng)、工作級(jí)次、邊長(zhǎng)、基底曲率半徑、光柵常數(shù)，所述三個(gè)入射狹縫的寬度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述步驟2)中，估算閃耀角時(shí)，使用PCGrate軟件得到入射角度θ_A2下，光譜檢測(cè)范圍內(nèi)的短波波段范圍內(nèi)多個(gè)波長(zhǎng)分別作為閃耀波長(zhǎng)時(shí)對(duì)應(yīng)的凹面光柵的波長(zhǎng)-衍射效率曲線，由設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取使得衍射效率在長(zhǎng)波段+1級(jí)和短波段+2級(jí)都相對(duì)較高的一個(gè)波長(zhǎng)作為最終的閃耀波長(zhǎng)，進(jìn)而由該閃耀波長(zhǎng)計(jì)算得到閃耀角。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述步驟2)中，由設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定凹面光柵的表面材料和槽型結(jié)構(gòu)。