[發明專利]一種高靈敏度高分辨率光譜儀

在審

• 申請號: 202010327975.0
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111623873A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 蔣霖坤;馬寧
• 申請（專利權）人: 蘇州靈析精密儀器有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 張偉洋

本發明涉及一種高靈敏度高分辨率光譜儀，屬于光譜儀領域。本發明在Czerny?Turner光路結構基礎上進行優化，同樣采用兩片凹面反射鏡和一片光柵，同時增加兩片反射鏡，由于其中一片反射鏡帶孔，可以實現兩片凹面反射鏡均不偏轉；相較于Czerny?Turner光路，該結構能夠進一步減小探測器感光面上水平方向光斑尺寸，從而分辨率得到提升；同時，探測器感光面上豎直方向尺寸相較于Czerny?Turner光路降低一至兩個數量級，從而靈敏度大幅提升。

技術領域

本發明涉及光譜儀，特別涉及一種高靈敏度高分辨率光譜儀。

背景技術

光譜儀又稱分光儀，一般由一個入射狹縫，一個由透鏡或反射鏡和光柵或棱鏡組成的色散系統，一個由CCD、CMOS或光電倍增管等光電探測器組成的成像系統組成。現有光譜儀大多采用Czerny-Turner光路結構，由入射狹縫、光柵、兩片凹面反射鏡和一個光電探測器組成，通過優化光柵和兩片凹面反射鏡的不同偏轉角度以實現最佳波長探測范圍和分辨率。但該光路結構中不同波長的光斑焦點在探測器像平面上豎直高度一般為1mm或更長，對于一些感光高度較小的探測器僅能收集到很小部分的信號光，因而靈敏度受到限制，即需要較長時間才能收集到足夠強的信號。同時，Czerny-Turner光路的分辨率極限一般在0.05nm左右，不能滿足更高分辨率要求的光譜分析。

發明內容

本發明是針對普遍采用的Czerny-Turner光路結構中不同波長的光斑焦點在探測器像平面上豎直高度過大從而影響靈敏度、分辨率不夠高等問題，提出一種高靈敏度高分辨率光譜儀。在Czerny-Turner光路結構基礎上，增加一片反射鏡和一片帶孔反射鏡用以將反射前和反射后的光分離，同時兩片凹面反射鏡基本不偏轉，使得不同波長的光斑焦點在探測器像平面上豎直高度減小1-2個數量級，提升了提升光譜儀的靈敏度，同時，不同波長的光斑焦點在探測器像平面上水平方向尺寸大幅減小，光譜儀分辨率得以提升。

本發明的技術方案為：一種高靈敏度高分辨率光譜儀。

本發明的裝置包括：狹縫、第一反射鏡、第一凹面反射鏡、光柵、第二凹面反射鏡、第二反射鏡、孔、感光面、消光件。反射鏡選取小尺寸金屬膜或介質膜反射鏡，一般為邊長5-10mm，從狹縫入射的光被第一反射鏡反射后，經第一凹面反射鏡反射準直，后被光柵將不同波長在水平方向衍射至不同角度，再被第二反射鏡反射后，經第二凹面反射鏡反射，后穿過第二反射鏡中的孔，不同波長聚焦于探測器的感光面上水平方向不同位置。這里，第一反射鏡相對于狹縫面夾角45度左右，第一凹面反射鏡對稱軸相對于第一反射鏡夾角45度左右，第一凹面反射鏡對稱軸與光柵法線夾角0度左右，第二凹面反射鏡稱軸相對于感光面法線夾角0度左右。事實上，該結構相當于Czerny-Turner光路結構中兩片凹面反射鏡基本不偏轉的特殊情況。由于光柵衍射的光一部分會穿過第二反射鏡中孔形成雜散光，在第二反射鏡之后放置表面帶有凹槽的消光件用以吸收雜散光。

本發明的有益效果在于：

1.在Czerny-Turner光路結構基礎上，增加第一反射鏡和第二反射鏡，從而優化光譜儀結構。

2.兩片凹面反射鏡基本不偏轉，使得不同波長的光斑焦點在探測器像平面上豎直和水平兩個方向尺寸大幅減小，光譜儀的靈敏度和分辨率顯著提升。

附圖說明

圖1為本發明的實施方式的裝置結構示意圖；

圖2為對Czerny-Turner光路結構的模擬結果；

圖3為對圖1中光路結構的模擬結果；

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。