[發明專利]一種緊湊型高分辨率寬波段紫外光譜儀

在審

• 申請號: 201911177502.0
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN112945380A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 韋飛;張軒誼;彭松武;郭亦鴻;王永松
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G01J3/20;G01J3/04
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;李彪

本發明屬于太陽輻射探測技術領域，具體涉及一種緊湊型高分辨率寬波段紫外光譜儀，包括：支撐架(7)、一次折返鏡(2)、二次折返鏡(3)、羅蘭圓光柵(4)和球面鏡(5)；支撐架(7)的一側開有入射狹縫(1)，支撐架(7)內的底部固有一次折返鏡(2)，且與入射狹縫(1)相對放置；一次折返鏡(2)的斜上方固有二次折返鏡(3)，且與一次折返鏡(2)相對放置；二次折返鏡(3)的斜上方固有羅蘭圓光柵(4)，且與二次折返鏡(3)相對放置；羅蘭圓光柵(4)的斜上方固有球面鏡(5)；支撐架(7)另一側開有多個出射狹縫(6)，且多個出射狹縫(6)位于球面鏡(5)的斜上方；達到結構緊湊的光路、高光譜分辨率和寬波段覆蓋。

技術領域

本發明屬于太陽輻射探測和大氣環境監測診斷技術領域，具體涉及一種緊湊型高分辨率寬波段紫外光譜儀。

背景技術

高分辨率紫外光譜儀是應用于人造地球衛星軌道對太陽耀斑爆發活動進行監測，以及對臨近空間大氣密度和成分構成進行分析的重要設備，也可以用于大氣污染監測、天文目標探測和紫外光譜特性分析等應用領域。當太陽耀斑爆發時，包括紫外波段在內的太陽短波電磁輻射流量變化十分劇烈，光譜強度分布的差異十分顯著。當太陽紫外輻射穿過地球大氣時，一般來說，輻射波長越短，被大氣吸收越強烈，作用在臨近空間大氣環境的主要輻射成分是FUV-UV波段。由于不同大氣成分對光譜吸收具有強烈的選擇性，不同波長的紫外輻射到達的大氣高度具有顯著區別，部分遠紫外輻射可達到30～35km高度范圍，在劇烈太陽活動爆發及中高層大氣擾動條件下，有可能達到更低的大氣高度；而280～320nm的近紫外/紫外波段是從被大氣完全吸收到透過的過渡區域，能量吸收程度與大氣厚度具有高度相關的函數關系。太陽高能電磁輻射監測有助于了解中高層大氣與臨近空間大氣條件變化的因果關系；同時，太陽高能電磁輻射在穿越上層大氣的過程中被吸收的能量值也可以作為臨近空間大氣密度的重要指示器。因此，通過高分辨率紫外光譜儀的探測數據分析，可以獲得太陽爆發活動情況，以及臨近空間大氣密度和成分構成等相關信息。

目前，國際上已經具有一些工波長≤200nm和≥280nm不同波段的紫外/遠紫外光譜儀，但是，還沒有能夠完全覆蓋170-400nm波段的紫外光譜儀；現有設備的光譜分辨率通常為1nm左右，部分具有較高光譜分辨率的儀器存在工作波段窄、儀器尺寸大等問題，尚未有能夠覆蓋170-400nm工作波段、光譜分辨率達到0.1nm的緊湊型設備。

發明內容

本發明的目的在于，為解決現有的紫外光譜儀存在上述缺陷，本發明提出了一種緊湊型高分辨率寬波段紫外光譜儀，本發明的紫外光譜儀能夠覆蓋170-400nm波段，可工作于人造衛星平臺或高空氣球，且在±0.5°入射角和全波段范圍內光譜分辨率可達到0.1nm，達到了寬波段覆蓋、高光譜分辨率獲得和輕量化小型化儀器。

為了實現上述目的，本發明提供了一種緊湊型高分辨率寬波段紫外光譜儀，解決目前國際上還沒有能夠完全覆蓋170-400nm波段的緊湊型高分辨率紫外光譜儀，并可搭載于人造衛星或高空氣球平臺進行探測，結構緊湊的光路，并優化了一組適用于緊湊型寬波段高分辨率紫外光譜儀的光學元件參數、光路參數和光學元件安裝參數。

所述紫外光譜儀包括：支撐架、一次折返鏡、二次折返鏡、羅蘭圓光柵和球面鏡；所述一次折返鏡、二次折返鏡、羅蘭圓光柵和球面鏡均安裝在支撐架上；支撐架的一側開有入射狹縫，支撐架內的底部固有一次折返鏡，且與入射狹縫相對放置；一次折返鏡的斜上方固有二次折返鏡，且與一次折返鏡相對放置；二次折返鏡的斜上方固有羅蘭圓光柵，且與二次折返鏡相對放置；羅蘭圓光柵的斜上方固有球面鏡，且與羅蘭圓光柵相對放置；支撐架的另一側開有多個出射狹縫，且多個出射狹縫位于球面鏡的斜上方；

紫外光線從入射狹縫的窗口水平入射，經過一次折返鏡和二次折返鏡進行反射，紫外光線入射到羅蘭圓光柵進行分光，獲得多個分光后的單色光，每個分光后的單色光經過球面鏡聚焦反射到每種波長光線所對應的出射位置，并通過不同的出射狹縫進入探測器。

作為上述技術方案的改進之一，所述支撐架包括：頂板、底板、第一側板、第二側板、斜板和矩形結構體；