一种V型投影光路消慧差光栅光谱仪的制作方法

一种v型投影光路消慧差光栅光谱仪
技术领域
1.本发明涉及光学电子器件技术领域，具体为一种v型投影光路消慧差光栅光谱仪。


背景技术：

2.光谱仪是一种基本的光子波长或能量的检测分析仪器，在光电子领域有着广泛的应用，其中应用最广泛的是光栅型光谱仪，依据光栅衍射原理：
3.d sinθ
m
＝mλ g0，式中d是光栅的槽间距，θ
m
是对应于第m级衍射波长为λ的光子在空间的分布角，g0是与光学系统设计有关的常数，取m＝1，就可在不同θ
m
角位置上获得相应波长的第一级高效率衍射光子；在传统光栅单色仪设计中，固定入射和出射狭缝位置不变，采用一个机械传动装置，控制光栅的方位θ
m
角转动，实现对波长进行扫描。
4.采用现有技术的结构的光栅单色仪，通过采用入射狭缝和光学准直系统，对入射光进行准直，变为平行光，入射到光栅表面，采用机械结构对光栅的方位角进行转动，实现波长扫描，采用聚焦光学系统，将来自光栅的不同波长的衍射光谱进行聚焦后，汇聚到出射狭缝，对丰富的光谱信息进行高分辨率检测和分析，但是由于光学结构的限制，在光路准直和衍射光的检测分析中，都采用了反射镜离轴光路设计，存在离轴光束传输中的严重不对称效应，将产生难以被克服的慧差等光学缺陷，不利于高性能光谱仪的研究和应用，所以急需一种v型投影光路消慧差光栅光谱来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种不依赖于光栅的扫描旋转角，彻底克服慧差缺陷在光谱仪应用中对光谱分辨率的影响的v型投影光路消慧差光栅光谱仪，来解决现有技术中存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种v型投影光路消慧差光栅光谱仪，包括依光的传播方向依次设置于光路上的入射狭缝s1、光栅g、入射球面反射镜m1、聚焦球面反射镜m2和出射狭缝s2；其中：
7.入射狭缝s1和出射狭缝s2分别布设在所述光栅g两侧，且由入射狭缝s1和入射球面反射镜m1形成的入射同轴光路与光栅g和聚焦球面反射镜m2形成的衍射同轴光路，在衍射面内的投影形成v型结构。
8.优选的，光源经过入射狭缝s1和光栅g形成入射光路l1，经入射球面反射镜m1反射后形成准直光路l2，其中，入射光路l1和准直光路l2在衍射面的投影线同轴，入射离轴角为零。
9.优选的，准直光路l2经光栅g衍射形成衍射光路l3，衍射光路l3经衍射聚焦球面镜反射镜m2反射后形成衍射同轴光路l4，其中，衍射光路l3和衍射同轴光路l4在衍射面的投影线同轴，衍射离轴角为零。
10.优选的，入射狭缝s1布设在所述光栅g上方，出射狭缝s2布设在所述光栅g下方，或入射狭缝s1布设在所述光栅g下方，出射狭缝s2布设在所述光栅g上方。
11.优选的，光栅g的光栅组合数为n其中，n≥1，由机械传动装置对光栅g的方位角进
行扫描控制。
12.优选的，入射狭缝s1的可调宽度和出射狭缝s2的可调宽度均为0.01
‑
1.0mm。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过将入射狭缝s1和出射狭缝s2分别布设在所述光栅g两侧，且由入射狭缝s1和入射球面反射镜m1形成的入射同轴光路与光栅g和聚焦球面反射镜m2形成的衍射同轴光路，在衍射面内的投影形成v型结构，在对光栅的方位角进行全波长扫描的光谱区，与光栅扫描方位角无关，不依赖于光栅的扫描旋转角，从而有效克服了慧差缺陷在光谱仪应用中对光谱分辨率的影响，实现了全光谱区的高分辨率检测和分析，具有实际推广应用价值。
附图说明
14.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
15.在附图中：
16.图1是本发明结构的俯视示意图；
17.图2是本发明结构的侧视示意图。
具体实施方式
18.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
19.实施例：一种v型投影光路消慧差光栅光谱仪，包括依光的传播方向依次设置于光路上的入射狭缝s1、光栅g、入射球面反射镜m1、聚焦球面反射镜m2和出射狭缝s2；入射狭缝s1和出射狭缝s2分别布设在所述光栅g两侧，且由入射狭缝s1和入射球面反射镜m1形成的入射同轴光路与光栅g和聚焦球面反射镜m2形成的衍射同轴光路，在衍射面内的投影形成v型结构。
20.其中，光栅g的光栅组合数为n其中，n≥1，由机械传动装置对光栅g的方位角进行扫描控制；入射狭缝s1的可调宽度和出射狭缝s2的可调宽度均为0.01
‑
1.0mm。
21.具体的，光源经过入射狭缝s1和光栅g形成入射光路l1，经入射球面反射镜m1反射后形成准直光路l2，其中，入射光路l1和准直光路l2在衍射面的投影线同轴，入射离轴角为零；准直光路l2经光栅g衍射形成衍射光路l3，衍射光路l3经衍射聚焦球面镜反射镜m2反射后形成衍射同轴光路l4，其中，衍射光路l3和衍射同轴光路l4在衍射面的投影线同轴，衍射离轴角为零。
22.其中，入射狭缝s1布设在所述光栅g上方，出射狭缝s2布设在所述光栅g下方，或入射狭缝s1布设在所述光栅g下方，出射狭缝s2布设在所述光栅g上方，入射狭缝s1和出射狭缝s2的位置可上下互换。
23.参考图1
‑
2，分别从俯视角度和侧视角度描述的光谱仪结构示意图，其中，入射狭缝s1置于光栅g上方，光谱信号经入射狭缝s1入射，经过光栅g后形成入射光路l1，并入射到球面准直镜反射镜m1，焦距f1＝500mm，光谱信号经m1镜反射准直后，形成衍射面p内的平行光，形成准直光路l2入射到光栅g，其中，采用机械传动装置对光栅g进行方位角扫描，工作波长区为200
‑
1000nm，被光栅g衍射的单色光形成衍射光路l3，入射到聚焦球面反射镜m2，
焦距f2＝500mm，经过聚焦球面反射镜m2反射形成衍射同轴光路l4，并聚焦成像在出射狭缝s2上，出射狭缝s2置于光栅的下方。
24.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种v型投影光路消慧差光栅光谱仪，其特征在于：包括依光的传播方向依次设置于光路上的入射狭缝s1、光栅g、入射球面反射镜m1、聚焦球面反射镜m2和出射狭缝s2；其中：入射狭缝s1和出射狭缝s2分别布设在所述光栅g两侧，且由入射狭缝s1和入射球面反射镜m1形成的入射同轴光路与光栅g和聚焦球面反射镜m2形成的衍射同轴光路，在衍射面内的投影形成v型结构。2.根据权利要求1所述的一种v型投影光路消慧差光栅光谱仪，其特征在于：光源经过入射狭缝s1和光栅g形成入射光路l1，经入射球面反射镜m1反射后形成准直光路l2，其中，入射光路l1和准直光路l2在衍射面的投影线同轴，入射离轴角为零。3.根据权利要求2所述的一种v型投影光路消慧差光栅光谱仪，其特征在于：准直光路l2经光栅g衍射形成衍射光路l3，衍射光路l3经衍射聚焦球面镜反射镜m2反射后形成衍射同轴光路l4，其中，衍射光路l3和衍射同轴光路l4在衍射面的投影线同轴，衍射离轴角为零。4.根据权利要求3所述的一种v型投影光路消慧差光栅光谱仪，其特征在于：入射狭缝s1布设在所述光栅g上方，出射狭缝s2布设在所述光栅g下方，或入射狭缝s1布设在所述光栅g下方，出射狭缝s2布设在所述光栅g上方。5.根据权利要求4所述的一种v型投影光路消慧差光栅光谱仪，其特征在于：光栅g的光栅组合数为n其中，n≥1，由机械传动装置对光栅g的方位角进行扫描控制。6.根据权利要求1所述的一种v型投影光路消慧差光栅光谱仪，其特征在于：入射狭缝s1的可调宽度和出射狭缝s2的可调宽度均为0.01
‑
1.0mm。

技术总结
本发明公开了一种V型投影光路消慧差光栅光谱仪，包括依光的传播方向依次设置于光路上的入射狭缝S1、光栅G、入射球面反射镜M1、聚焦球面反射镜M2和出射狭缝S2，通过将入射狭缝S1和出射狭缝S2分别布设在光栅G两侧，且由入射狭缝S1和入射球面反射镜M1形成的入射同轴光路与光栅G和聚焦球面反射镜M2形成的衍射同轴光路，在衍射面内的投影形成V型结构，在对光栅的方位角进行全波长扫描的光谱区，与光栅扫描方位角无关，不依赖于光栅的扫描旋转角，从而有效克服了慧差缺陷在光谱仪应用中对光谱分辨率的影响，实现了全光谱区的高分辨率检测和分析，具有实际推广应用价值。具有实际推广应用价值。具有实际推广应用价值。


技术研发人员：陈良尧 郑玉祥 赵海斌 张荣君 王松有 陈剑科 江岸青 杨月梅
受保护的技术使用者：中山复旦联合创新中心
技术研发日：2021.09.01
技术公布日：2021/11/30