[發(fā)明專利]光譜儀裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010423260.5
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111982280A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 斯特凡·蒙克;米夏埃爾·奧克魯斯;馬爾科·布勞恩
• 申請（專利權(quán)）人: 耶拿分析儀器股份公司
• 主分類號: G01J3/18
• 分類號: G01J3/18;G01J3/02
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 穆森;戚傳江

本發(fā)明涉及光譜儀裝置。一種用于分析來自光源(11)的光輻射(13)的光譜儀裝置(10)，包括：用于在主色散方向上對進(jìn)入光譜儀裝置(10)的輻射(24)進(jìn)行色散的階梯光柵(31)；用于在交叉色散方向上對輻射(24)進(jìn)行色散的色散元件(21)，主色散方向和交叉色散方向彼此具有可預(yù)確定角度；以及用于獲取包括第一可預(yù)確定波長范圍的輻射的第一部分(38、40)的第一光譜(64)的檢測器單元(39)。根據(jù)本發(fā)明，光譜儀裝置(10)包括第一光學(xué)元件(37、48、52)，該第一光學(xué)元件被以如此方式布置和/或配置，使得可以借助于檢測器單元(39)來獲取包括與第一可預(yù)確定波長范圍不同的第二可預(yù)確定波長范圍的輻射的第二部分(42)的第二光譜(65)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于分析來自包括階梯光柵的光源的光輻射的光譜儀裝置。

背景技術(shù)

在大多數(shù)變化的發(fā)展中，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，具有階梯光柵的光譜儀裝置已經(jīng)變得已知。在階梯光譜儀中，使用了具有梯狀截面的光柵(échelle是“梯”的法語單詞)。以可預(yù)確定閃耀角照亮階梯狀結(jié)構(gòu)的較短面生成衍射圖，該衍射圖將衍射強(qiáng)度集中在高衍射級，例如集中在五十到一百級。由此可以以緊湊的布置實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率。但是，取決于入射波長，該級可以重疊。

例如，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，具有內(nèi)部和外部級分離的光譜儀已經(jīng)變得已知。在具有外部級分離的階梯光譜儀的情況下，例如具有非常長的狹縫的光譜儀，通常僅來自相對較小光譜范圍的輻射進(jìn)入光譜儀。

另一方面，在具有內(nèi)部級分離的光譜儀的情況下，除了由階梯光柵引起的色散外，輻射再次橫向于階梯光柵的色散方向而被色散，以便將發(fā)生的各個級彼此分離。然后獲得基本上彼此平行布置的光譜部分的二維光譜。各個衍射級的自由光譜范圍一起產(chǎn)生特定波長范圍的無間隙光譜。使得能夠以較高光譜分辨率對感興趣的波長范圍進(jìn)行同時檢測的平面檢測器(特別是具有多個檢測器元件的平面檢測器)適合于檢測光譜。

通常，在如此大的水平上選擇交叉色散，以使多個級始終被完全分開。為了在整個光譜范圍內(nèi)確保多個級被完全分離，存在其中在各個級之間出現(xiàn)未使用的間隔的光譜范圍。如果將棱鏡用于交叉色散，則例如在短波光譜范圍內(nèi)將比在長波光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生更大的間隔，這是由于更大的色散而導(dǎo)致的。

已知裝置的缺點(diǎn)是檢測器通常必須非常大，以便能夠以較高分辨率和足夠的光導(dǎo)率來檢測較大的光譜區(qū)域。在原子吸收光譜法以及許多其他光譜檢測方法中，檢測極限尤其取決于裝置的光導(dǎo)率和靈敏度。所使用的裝置的光譜分辨率又尤其取決于狹縫寬度、檢測器元件在主色散方向上的尺寸和成像質(zhì)量。原則上，期望獲得同時具有較高光導(dǎo)率的較高光譜分辨率。

在利用階梯光譜儀檢測高分辨率寬范圍光譜時，經(jīng)常存在這樣的問題，即在每種情況下，期望的光譜測量范圍不能以所需的光譜分辨率和/或所需的光導(dǎo)率來檢測。可用的檢測器表面的利用原則上受到衍射級的必要空間分隔，隨波長減小的自由光譜范圍的減小以及多個級之間的距離的可變性的限制。在擴(kuò)展到波長200nm的測量范圍的情況下，最后提到的影響特別強(qiáng)。

為了解決此問題，例如可以根據(jù)所期望的波長范圍擴(kuò)大檢測器表面。但是，這必然具有顯著更高的成本。此外，由于相對于焦距的所擴(kuò)大的像場，較大的檢測器表面可能對成像質(zhì)量具有負(fù)面影響。

另一可能性包括使用具有較小像素的檢測器。但是，為了能夠在這里從更大數(shù)量的可用通道中獲益，必須減小狹縫寬度和/或狹縫高度，這不利地導(dǎo)致了光導(dǎo)率的降低。

出于這個原因，在利用階梯光譜儀獲取高分辨率寬范圍光譜時，經(jīng)常限制同時可檢測的光譜范圍，以便能夠滿足有關(guān)光譜分辨率和/或光導(dǎo)率的各個要求。然后，經(jīng)由單獨(dú)的光譜儀通道或順序地通過改變光譜儀裝置的各個組件的定向，來檢測位于所選擇的光譜范圍之外的相關(guān)波長。