[發明專利]一種新型透射型光纖光柵光譜儀

有效

• 申請號: 202010824765.2
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN112033539B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 鄧仕杰;張浩;王文思;張文濤;苑立波
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種新型透射型光纖光柵光譜儀。其特征是：它由光源1、透射型光纖光柵2、重力塊3、重力控制系統4、光束準直器5、聚焦透鏡6、探測器7、讀出電路8和數據處理系統9組成。本發明可用于對物質光譜特征的檢測，從而可以觀測到物質的成分和結構，可廣泛用于生物化學分析、工業自動檢測和食品工業等領域。

(一)技術領域

本發明涉及的是一種新型透射型光纖光柵光譜儀，可用于對物質光譜特征的檢測，從而可以觀測到物質的成分和結構，可廣泛用于生物化學分析、工業自動檢測和食品工業等領域。

(二)背景技術

光譜是復色光經過色散系統分光后，被色散分開的單色光按波長或者頻率大小而依次排列的譜線圖案。根據物質的光譜來分析鑒別物質和確定該物質的化學成分和相對含量的方法稱為光譜分析。換言之，光譜分析技術是應用光學原理，對物質的結構和成分進行測量和分析的一門技術，該技術在科學工作中應用極為廣泛，被經常用來解決物理學、生物化學、科技農業、地球物理學和其他相關學科中的基礎問題和應用問題。

光譜儀作為光譜分析技術中不可或缺的工具，是一種分析、測定光輻射的頻率、強度特性以及變化規律的儀器，它的原理是根據光的色散原理、衍射原理或光學調制原理，將不同頻率的光按照一定的規律分解開形成光譜。通過光譜儀對被測物質結構觀測、分析和處理，可以完成對光輻射的頻率和強度進行測定和分析，光譜儀具有測量范圍大、分辨率高、速度高和樣品用量少等優點，廣泛的應用于現代科學實驗、醫學和醫藥研究、生物研究、石油化工、環境保護、宇宙探索、資源和水文勘測等領域。

實現光譜儀功能需滿足以下步驟：1、把被研究的光按照波長或波數分解開來；2、測定各波長的光所具有的能量，從而確定譜線的輪廓或者寬度；3、把分解開來的光波及其強度按照波長的分布記錄和顯示，成為光譜圖。要具備以上功能，光譜儀的組成一般包括：光源和照明系統，準直系統、色散系統、聚焦系統、檢測記錄和顯示系統。

目前光譜儀種類繁多，具有多種不同的分類方式，根據測量光譜原理不同可分為反射光譜儀、吸收光譜儀、散射光譜儀和熒光光譜儀，根據色散原件以及分光原理可以分為棱鏡光譜儀、光柵光譜儀和干涉光譜儀，根據儀器波長范圍的不同可以分為真空紫外(遠紫外)光譜儀、紫外光譜儀、可見光光譜儀、近紅外光譜儀和遠紅外光譜儀。

其中光柵光譜儀是一種使用非常普遍的光譜儀，它具有色散均勻、分辨率高、能量集中和光譜范圍寬等特點。光柵是將復合光通過多縫衍射原理分解為單色光的光學元件，一般的光柵是在玻璃上刻出大量平行、等寬和等距的刻痕，刻痕為不透光部分，兩刻痕之間的光滑部分可以透光，相當于一個狹縫。單位面積內刻痕越多，光柵的色散度越大，光柵的分辨本領由單位面積內的刻痕多少決定。光柵可以分為反射光柵和透射光柵，其中利用透射光衍射的光柵稱為透射光柵，利用反射光衍射的光柵稱為反射光柵。

目前光柵光譜儀在眾多的生產和科研領域均有應用，市場需求量較大，隨著各領域的進一步發展，光譜儀的需求也會進一步增加。雖然目前國內外的光譜儀種類繁多，尤其是衍射光柵的應用，光譜儀的分辨率和光強都有所提高。但是在目前使用的光譜儀中，色散系統主要是兩種類型，分別是基于平場全息凹面光柵的光學系統以及基于平面光柵的光學系統，其中基于平場全息凹面光柵的光學系統只包含一個光學器件(平場全息凹面光柵)，雖然結構較為簡單，但是其加工成本高，并且以其為色散系統的光譜儀效率低；基于平面光柵的光學系統被廣泛地應用于大多數光譜儀系統，由狹縫、準直鏡、平面光柵和成像鏡等原件組成，但是該色散系統元器件使用較多，而且色散元器件對儀器的整體穩定性的要求較高，因為抖動、溫差等原因會造成色散系統分光期間的位置發生相對變化，影響色散器件的分光效果，使得光譜儀的體積變大；同時由于探測陣列的使用，使得了光譜儀的設計難度大幅提高，增加了光譜儀的成本，能量損耗大。所以以往絕大多數光譜儀均局限與實驗室和大型工程的應用中，在民用領域中應用很少，限制了其應用。