[發(fā)明專利]一種遠程短波紫外馬赫澤德空間外差拉曼光譜儀

有效

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• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112067597B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 毛桂林;孟鑫;王靜靜;王麗
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇師范大學(xué)
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01J3/44;G01J3/28;G01J3/42;G01J3/45;G01J3/10;G01J3/02
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一種遠程短波紫外馬赫澤德空間外差拉曼光譜儀，包括望遠收發(fā)系統(tǒng)，短波紫外激光器，馬赫澤德空間外差光譜儀和控制系統(tǒng)，望遠收發(fā)系統(tǒng)由離軸拋物面反射鏡、激光反射鏡和光闌構(gòu)成；馬赫澤德空間外差光譜儀由前置準(zhǔn)直物鏡、拉曼濾光片、第一分束鏡、反射鏡、反射光柵、第一物鏡、第二物鏡、第二分束鏡、第三物鏡和面陣相機構(gòu)成；控制系統(tǒng)用于控制短波紫外激光器發(fā)射激發(fā)光源，同時控制面陣相機記錄干涉條紋信號。本發(fā)明采用同軸收發(fā)結(jié)構(gòu)，能夠準(zhǔn)確的將激發(fā)光源投射到探測目標(biāo)位置，同時采用馬赫澤德空間外差光譜儀能夠有效抑制雜散光，提高短波紫外拉曼光譜探測的靈敏度和準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)成像領(lǐng)域，具體涉及一種遠程短波紫外馬赫澤德空間外差拉曼光譜儀。

背景技術(shù)

通過探測遠距離目標(biāo)(通常指幾十厘米至上百米的范圍)的激光拉曼光譜，可以對目標(biāo)進行識別和分析，實現(xiàn)原位探測。由此發(fā)展起來的遠程拉曼光譜測試技術(shù)成為拉曼光譜的一個重要分支，在行星探測、文物保護、安防等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。隨著探測距離的增加，遠程拉曼光譜探測要求激發(fā)的拉曼光譜能量較高，同時外場應(yīng)用，要求激光器魯棒性好；此外，同時光譜探測系統(tǒng)具有高光通量、高靈敏度的特點。

在激發(fā)光源方面，拉曼光譜信號的強度與激發(fā)波長的四次方成反比，因此短波紫外拉曼散射強度明顯高于可見近紅外光；且短波紫外波段激光一般不會產(chǎn)生熒光噪聲，提高了拉曼光譜探測靈敏度；傳統(tǒng)氣體短波紫外激光器，穩(wěn)定性差，且體積大，維修性差。在拉曼光譜探測方面，空間外差光譜測試技術(shù)具有視場大、光通量高的優(yōu)點，是進行遠程拉曼光譜探測的有效方法。但是當(dāng)延伸到短波紫外波段，空間外差干涉系統(tǒng)中光柵產(chǎn)生的無效衍射級次倍增，影響拉曼光譜靈敏度和準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種遠程短波紫外馬赫澤德空間外差拉曼光譜儀以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。通過采用同軸收發(fā)結(jié)構(gòu)，能夠準(zhǔn)確的將激發(fā)光源投射到探測目標(biāo)位置，采用馬赫澤德空間外差光譜儀，內(nèi)置4f成像系統(tǒng)，能夠有效抑制雜散光，提高短波紫外拉曼光譜探測的靈敏度和準(zhǔn)確性。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

一種遠程短波紫外馬赫澤德空間外差拉曼光譜儀，包括望遠收發(fā)系統(tǒng)1、短波紫外激光器2、馬赫澤德空間外差光譜儀3和控制系統(tǒng)4；望遠收發(fā)系統(tǒng)1包括離軸拋物面反射鏡101、激光反射鏡102和光闌103；馬赫澤德空間外差光譜儀3包括前置準(zhǔn)直物鏡301、拉曼濾光片302、第一分束鏡303、反射鏡304、反射光柵305、第一物鏡306、第二物鏡307、第二分束鏡308、第三物鏡309和面陣相機310；控制系統(tǒng)4用于控制短波紫外激光器2發(fā)射激發(fā)光源并控制面陣相機310記錄干涉條紋信號。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述短波紫外激光器2是半導(dǎo)體激光泵浦全固態(tài)激光器。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，短波紫外激光器2的出光口與光闌103的通光口關(guān)于激光反射鏡102所在平面成鏡像分布。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，第一物鏡306和第二物鏡307是相同鏡片。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，第一物鏡306與第三物鏡309構(gòu)成4f系統(tǒng)，將反射光柵305的衍射光波面成像在面陣相機310的光敏面上；第二物鏡307與第三物鏡309構(gòu)成4f系統(tǒng)，將反射鏡304的反射光波面成像在面陣相機310的光敏面上。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第二分束鏡308包括分束鏡片和前表面光闌，通過控制光闌尺寸實現(xiàn)對第二分束鏡308的通光寬度的調(diào)節(jié)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

采用二極管泵浦全固態(tài)短波紫外激光器作為激發(fā)光源，與傳統(tǒng)的氣體短波紫外激光器相比，體積緊湊、魯棒性好；

采用同軸收發(fā)結(jié)構(gòu)，能夠準(zhǔn)確的將激發(fā)光源投射到探測目標(biāo)位置；

采用馬赫澤德空間外差光譜儀，內(nèi)置4f成像系統(tǒng)，能夠有效抑制雜散光，提高短波紫外拉曼光譜探測的靈敏度和準(zhǔn)確性。