專利名稱：一種平像場凸面光柵分光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光譜儀器，具體涉及一種平像場凸面光柵分光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
分光系統(tǒng)是光譜分析儀器的核心部件，目前一般采用平面光柵或凹面光柵作為分光元件。以平面光柵作為分光元件的分光系統(tǒng)需要機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)光譜分析。以凹面光柵作為分光元件的可以采用掃描結(jié)構(gòu)，也可以利用凹面光柵的聚焦作用，將光譜連續(xù)分布在一個(gè)平面上，與面陣探測器結(jié)合使用，達(dá)到高速分析的目的，并實(shí)現(xiàn)儀器的小型化和輕型化。但是平像場凹面光柵分光系統(tǒng)的色散光譜具有比較嚴(yán)重的像差，對定標(biāo)帶來困難，降低了光譜分析精度；此外，凹面光柵較難制成閃耀光柵，在使用光譜波段不能獲得較高的光譜能量，降低了儀器的信噪比。為此研究者提出了一種采用凸面光柵作為分光元件的分光系統(tǒng)，與凹面光柵分光系統(tǒng)比較，其優(yōu)點(diǎn)是容易做成閃耀全息光柵，在使用波段上獲得很高的光譜能量；結(jié)合同心光路使用降低了光譜的畸變和場曲，提高了光譜的像質(zhì)和分辨率。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，專利“折反射式凸面光柵成像光學(xué)系統(tǒng)”(申請?zhí)?2136154)通過由凸面光柵和凹球面反射鏡構(gòu)成的同軸形式的離軸三反鏡成像光學(xué)系統(tǒng)前增加折射透鏡的方法，使系統(tǒng)的像差得到進(jìn)一步校正，保證系統(tǒng)在保持同軸形式的情況下獲得與離軸式成像光譜儀相當(dāng)?shù)南褓|(zhì)。但這個(gè)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制作和安裝調(diào)試要求較高，需要有光學(xué)設(shè)計(jì)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)。專利“一種雙波段凸面光柵成像光譜儀”(授權(quán)專利號200910051789)公開了一種凸反射光柵和凹球面反射鏡構(gòu)成的雙譜段成像光譜儀，其中可見近紅外使用凸面反射光柵的二級衍射光譜，短波紅外使用凸面反射光柵的一級衍射光譜。該成像光學(xué)系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但只能應(yīng)用于機(jī)載或星載光譜成像系統(tǒng)，應(yīng)用范圍相對狹窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在分光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制作和安裝調(diào)試要求較高的問題，提出了一種平像場凸面光柵分光系統(tǒng)，用凸面光柵與一個(gè)大凹面反射鏡構(gòu)成同心、同軸光路。在這個(gè)光路中存在一個(gè)通過引入適當(dāng)初級球差抵消高級場曲，使得主光線滿足理想成像條件的環(huán)視場。只要將入射狹縫放置在這個(gè)環(huán)視場上，就能構(gòu)成一個(gè)理想的分光系統(tǒng)，不需要專業(yè)的光學(xué)設(shè)計(jì)。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種平像場凸面光柵分光系統(tǒng)，包括光源、聚光鏡、入射狹縫、大凹面反射鏡、凸面光柵和面陣檢測器，凸面光柵和大凹面反射鏡的球心位于同一點(diǎn)上，且光軸重合，入射狹縫放置在過凸面光柵和大凹面反射鏡公共球心并垂直于公共光軸 的平面內(nèi)，方向與光柵刻槽方向平行，面陣檢測器放置在過凸面光柵和大凹面反射鏡公共球心并垂直于公共光軸的平面內(nèi)，與入射狹縫分布在光軸的兩側(cè)，光源發(fā)出的白光經(jīng)聚焦鏡匯聚成一束具有孔徑角的球面波白光經(jīng)入射狹縫輻射到大凹面反射鏡上，經(jīng)過大凹面反射鏡反射輻射到凸面光柵上，經(jīng)過凸面光柵衍射的衍射波再輻射到大凹面反射鏡上，最后經(jīng)大凹面反射鏡匯聚到面陣檢測器上。
所述凸面光柵半徑r大于大凹面反射鏡半徑R/2。對于一束孔徑角為μ的球面波入射,所述入射狹縫中心點(diǎn)到凸面光柵和大凹面反射鏡公共球心的距離為h，滿足
權(quán)利要求
1.一種平像場凸面光柵分光系統(tǒng)，包括光源(I)、聚光鏡(2)、入射狹縫(3)、大凹面反射鏡(4)、凸面光柵(5)和面陣檢測器(6)，其特征在于凸面光柵(5)和大凹面反射鏡(4)的球心位于同一點(diǎn)上，且光軸重合，入射狹縫(3)放置在過凸面光柵(5)和大凹面反射鏡(4)公共球心并垂直于公共光軸的平面內(nèi)，方向與光柵刻槽方向平行,面陣檢測器(6)放置在過凸面光柵(5)和大凹面反射鏡(4)公共球心并垂直于公共光軸的平面內(nèi)，與入射狹縫(3)分布在光軸的兩側(cè)，光源(I)發(fā)出的白光經(jīng)聚焦鏡(2)匯聚成一束具有孔徑角的球面波白光經(jīng)入射狹縫(3)輻射到大凹面反射鏡(4)上，經(jīng)過大凹面反射鏡(4)反射輻射到凸面光柵(5)上，經(jīng)過凸面光柵(5)衍射的衍射波再輻射到大凹面反射鏡(4)上，最后經(jīng)大凹面反射鏡(4)匯聚到面陣檢測器(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的平像場凸面光柵分光系統(tǒng)，其特征在于所述凸面光柵(5)半徑I■大于大凹面反射鏡(4)半徑R/2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的平像場凸面光柵分光系統(tǒng)，其特征在于對于一束孔徑角為U的球面波入射，所述的入射狹縫(3)，其中心點(diǎn)到凸面光柵(5)和大凹面反射鏡(4)-R2 ( sin2 u'公共球心的距離為h，滿足A = ^^ 1 + ^^。2^ I 4 J
全文摘要
一種平像場凸面光柵分光系統(tǒng)，包括光源、聚光鏡、入射狹縫、大凹面反射鏡、凸面光柵和面陣檢測器，凸面光柵和大凹面反射鏡的球心位于同一點(diǎn)上，且光軸重合，入射狹縫放置在過凸面光柵和大凹面反射鏡公共球心并垂直于公共光軸的平面內(nèi)，方向與光柵刻槽方向平行，面陣檢測器放置在過凸面光柵和大凹面反射鏡公共球心并垂直于公共光軸的平面內(nèi)，與入射狹縫分布在光軸的兩側(cè)，光源發(fā)出的白光經(jīng)聚焦鏡、入射狹縫輻射到大凹面反射鏡上，經(jīng)大凹面反射鏡反射輻射到凸面光柵上，經(jīng)過凸面光柵衍射的衍射波再輻射到大凹面反射鏡上，最后經(jīng)大凹面反射鏡匯聚到面陣檢測器上。本發(fā)明具有高光譜分辨率，光譜像畸變趨于零，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、制作成本低。
文檔編號G01J3/18GK102661793SQ20121017502
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者倪爭技, 夏俊, 莊松林, 張大偉, 李柏承, 黃元申 申請人:上海理工大學(xué)