[發明專利]一種光譜儀的中階梯光柵姿態調整方法和校準裝置

有效

• 申請號: 201810116151.1
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108181238B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 羅劍秋;曹海霞;何淼;趙英飛;夏鐘海
• 申請（專利權）人: 鋼研納克檢測技術股份有限公司
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/27
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙) 11248
• 代理人: 李彬;張小娟

本發明屬于光譜儀分光系統領域，涉及一種光譜儀的中階梯光柵姿態調整方法和校準裝置。本發明的調整方法利用中階梯光柵的衍射理論，結合分光模塊光學系統的具體參數，精確計算中階梯光柵多個衍射級次的光斑成像在中階梯光柵姿態調整校準裝置上的相對位置，并做出相應標記，據此通過中階梯光柵固定結構調整中階梯光柵的三維姿態。本發明的校準裝置基于中階梯光柵衍射理論與光學系統具體參數設計而成，計算精確，易于實現，可操作性強，能夠精確實現中階梯光柵在光譜儀中的姿態調整；同時，該中階梯光柵姿態調整校準裝置裝適用性強，當光學系統相關光學參數發生變化時，僅需重新計算設計中階梯光柵各衍射級次的光斑對應位置即可。

技術領域

本發明屬于光譜儀分光系統領域，涉及一種光譜儀的中階梯光柵姿態調整方法和校準裝置。

背景技術

中階梯光柵光譜儀采用中階梯光柵搭配棱鏡交叉色散，在像面上形成二維光譜，該結構使中階梯光柵光譜儀同時實現了高分辨率和寬波段的瞬態測量。中階梯光柵光譜儀以其高分辨率、小體積、全譜瞬態直讀等優異特性優異的特性廣泛應用于原子發射、原子吸收或LIBS激發光源等系列元素光譜分析技術中。而中階梯光柵作為光譜儀中最主要的分光元件，其使用姿態對系統的成像質量非常敏感，直接影響中階梯光柵光譜儀的系統性能。

圖1是中階梯光柵光譜儀光學系統示意圖。光束通過狹縫11照射到準直鏡12上，經準直鏡12反射后透過棱鏡13，照射到中階梯光柵表面14，經中階梯光柵衍射14后照射到聚焦鏡15上，光束經聚焦鏡15反射后聚焦至探測器16，由探測器16接收光電信號。為了使光譜儀的系統性能達到設計要求，則要求中階梯光柵在光譜儀中的使用姿態(即三維姿態，包括俯仰、傾斜和滾轉)與設計要求精準一致。現有的中階梯光柵的裝調方式有中階梯光柵替換平面反射鏡的方式和尋找衍射光斑最亮點的方式。但是，上述方式均存在裝調復雜、不易實現及難以保證精度等缺點，難以保證中階梯光柵的三維姿態達到設計要求，這將影響元素光譜分析儀器的整機性能。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的是提供一種操作簡單、易于實現的光譜儀的中階梯光柵姿態精準裝調的調整方法，實現中階梯光柵姿態的精準裝調，從而提高中階梯光柵光譜儀的光譜分辨率和靈敏度，降低檢出限，提高光譜分析儀器的整機性能。

本發明的另一個目的是提供一種光譜儀的中階梯光柵姿態調整校準裝置。

為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

本發明的設計思想在于利用中階梯光柵的衍射理論，已知波長的激光入射到中階梯光柵表面，經中階梯光柵衍射后，會衍射出激光器對應波長的多個衍射級次的光斑。通過光學軟件可以精確模擬中階梯光柵的各個衍射級次光斑的成像位置。根據色散原理，結合中階梯光柵光譜儀光學系統的具體參數，精確計算中階梯光柵多個衍射級次的光斑成像在中階梯光柵姿態調整校準裝置上的相應位置。

一種光譜儀的中階梯光柵姿態調整方法，該方法包括如下步驟：

a、在對中階梯光柵進行精準裝調前，中階梯光柵光譜儀光學系統中的狹縫11、準直鏡12和棱鏡13均安裝在設計位置并調整到設計狀態；中階梯光柵14通過具有三維姿態可調功能的光柵固定機構安裝；

將中階梯光柵姿態調整校準裝置固定安裝在中階梯光柵光譜儀光學系統中的聚焦鏡15的位置上；所述中階梯光柵姿態調整校準裝置包括固定板和與該固定板呈固定夾角的校準面板，在所述校準面板上，沿其長度方向從上至下依次刻有多個十字叉絲，每個十字叉絲分別為一個根據光學系統精確計算所得的已知波長激光衍射級次的光斑的設計位置；

b、激光器光束通過狹縫11照射到準直鏡12上，經準直鏡12反射后透過棱鏡13，照射到中階梯光柵14表面，中階梯光柵14衍射出激光器對應波長的多個衍射級次的光斑照射在中階梯光柵姿態調整校準裝置的校準面板上，通過中階梯光柵固定機構調整中階梯光柵14的三維姿態，使各衍射級次的光斑與校準面板上相對應的十字叉絲的交點重合，此時，中階梯光柵14的姿態與設計的使用狀態一致。