專利名稱：高分辨率高純度光柵單色儀分光結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分辨率高純度光柵單色儀分光結(jié)構(gòu)，屬于光柵分光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前大部分高分辨率的單色儀都采用C-T雙光柵結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中各鏡面采取球面鏡，光柵一般為平面刻劃光柵。球面鏡的準直能力有限，平行度不高，導(dǎo)致其在分光聚光時會衍生出很多不易消除的復(fù)雜像差，需要在后續(xù)系統(tǒng)中加入較復(fù)雜結(jié)構(gòu)平衡像差，所產(chǎn)生的單色光帶有部分球差、彗差、象散等影響?，F(xiàn)有技術(shù)對C-T結(jié)構(gòu)單色儀的改進多是利用ZEMAX軟件對各光學(xué)元件的參數(shù)及放置角度進行優(yōu)化，優(yōu)化出的光學(xué)透鏡參數(shù)不易控制，導(dǎo)致其不滿足加工條件等因素，同時無法使像差達到最優(yōu)的水平，優(yōu)化的鏡片角度會導(dǎo)致系統(tǒng)離軸量增加，直接影響裝調(diào)階段的精度，最終降低分光質(zhì)量。因此，設(shè)計一種利用理想光路的光柵單色儀結(jié)構(gòu)，從原理上解決現(xiàn)有光柵單色儀沒能利用理想平行光路的缺點，是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有光柵單色儀無法利用理想光路導(dǎo)致像差較大、校正設(shè)計復(fù)雜及離軸裝配誤差大的問題，提供了利用理想平行光路的高分辨率高純度光柵單色儀分光結(jié)構(gòu)。高分辨率高純度光柵單色儀分光結(jié)構(gòu)，包括光孔狹縫、第一準直拋物鏡、第一全息光柵、第一聚光拋物鏡、光闌狹縫、 第二準直拋物鏡、第二全息光柵、第二聚光拋物鏡和狹縫，光孔狹縫位于第一準直拋物鏡的焦點處，光闌狹縫位于第一聚光拋物鏡和第二準直拋物鏡的焦點處，狹縫位于第二聚光拋物鏡焦點處；從光孔狹縫出射的光入射到第一準直拋物鏡上出射平行光，平行光入射到第一全息光柵上反射，反射光入射到第一聚光拋物鏡上，光經(jīng)過第一聚光拋物鏡會聚至光闌狹縫再出射，出射光依次經(jīng)過第二準直拋物鏡、第二全息光柵和第二聚光拋物鏡，光最終會聚到狹縫；第二準直拋物鏡、第二全息光柵、第二聚光拋物鏡和狹縫組成的逆光路系統(tǒng)，與之前的系統(tǒng)關(guān)于光闌狹縫完全旋轉(zhuǎn)對稱，互為對稱的各光學(xué)兀件完全相同。本發(fā)明的有益效果:當(dāng)發(fā)散復(fù)色光經(jīng)過光孔狹縫I入射時，經(jīng)過第一準直拋物鏡2(準直鏡離軸角30° )得到理想的平行復(fù)色光，再經(jīng)過第一全息光柵3 (入射角保持15° 50°范圍內(nèi))，得到各單色光的平行光路；其中一部分所需單色光將沿第一聚光拋物鏡4的軸線方向入射，會聚在光闌狹縫5的中心處，會聚光通過光闌狹縫5后入射與之前完全對稱逆光路系統(tǒng)(由第二準直拋物鏡6、第二全息光柵7、第二聚光拋物鏡8和出射狹縫9組成)，最終會聚在出射狹縫9處出射；另一部分單色平行光則會與第一聚光拋物鏡4的軸線有角度地入射，并會聚在光闌狹縫5的非中心處，這部分單色光被攔住，但少量雜光會進入狹縫5中，這些雜光經(jīng)過對稱逆光路系統(tǒng)，會繼續(xù)被分光，最終在出射狹縫9處，被遮攔消除。本發(fā)明利用理想成像光路結(jié)構(gòu)，采用雙光柵對稱系統(tǒng)設(shè)計，大大提高了所需單色光的成像質(zhì)量及單色純度，獲得極小的像差水平(千分五波長以下)和雜散光水平，同時大大降低了優(yōu)化的難度，提高設(shè)計效率。利用理想光路光線平行于光軸的特點，可以看出整個系統(tǒng)的光路一直是平行于各個準直鏡，因此系統(tǒng)整體呈現(xiàn)偏折共軸的特性，在裝調(diào)方面將會更容易獲得聞精度。


圖1為本發(fā)明高分辨率高純度光柵單色儀分光結(jié)構(gòu)示意圖。圖2第一聚光拋物鏡4和第二準直拋物鏡6共軸放置精度的干涉檢驗示意圖。圖3是實施例一在光孔狹縫I上選取邊界12視場點列圖。圖4是實施例一 400nm波長單色光的場曲、畸變圖。圖5是實施例一的MTF曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1所示，高分辨率高純度光柵單色儀分光結(jié)構(gòu)，包括光孔狹縫1、第一準直拋物鏡2，其中光孔狹縫I位于第一準直拋物鏡2的焦點處，第一全息光柵3、第一聚光拋物鏡
4,光闌狹縫5,第二準直拋物鏡6、第二全息光柵7、第二聚光拋物鏡8和放置于第二聚光拋物鏡8焦點處的出射狹縫9。根據(jù)光路特性對其具體的裝配過程為:首先，選定光孔狹縫I的位置，發(fā)散光線通過光孔狹縫I水平進入系統(tǒng)，光孔狹縫I位于第一準直拋物鏡2的焦點處，出射平行光與第一準直拋物鏡2的光軸平行，通過改變光軸與水平方向的夾角來控制平行光的方向，保證水平入射的發(fā)散光線能完全入射到第一準直拋物鏡2的上半部分。沿準直后平行光的方向放置第一全息光柵光柵3，根據(jù)設(shè)計要求傾斜旋轉(zhuǎn)確定入射角，則所需波長的衍射角可確定，沿所需波長單色光衍射角的方向，垂直放置第一聚光拋物鏡4，使其光軸平行于所需單色光的光路，則所需平行單色光會聚在第一聚光拋物鏡4的焦點處，并在焦點處放置與光孔狹縫I相同的光闌狹縫5。由第二準直拋物鏡6、第二全息光柵7、第二聚光拋物鏡8和放置于第二聚光拋物鏡8焦點處的出射狹縫9組成的逆光路系統(tǒng)。該逆光路系統(tǒng)與之前的系統(tǒng)關(guān)于第一聚光拋物鏡4的焦點完全旋轉(zhuǎn)對稱，對應(yīng)的各光學(xué)器件也完全相同，因此按照以上的方法再裝配逆光路系統(tǒng)。本發(fā)明分光結(jié)構(gòu)的對稱程度直接決定整體的分光質(zhì)量，因此對第一聚光拋物鏡4和第二準直拋物鏡6的共軸精度進行裝調(diào)控制至關(guān)重要。如圖2所示，第一聚光拋物鏡4和第二準直拋物鏡6共軸放置精度的干涉檢驗方法:首先，在理想的公共焦點處放置點光源10，經(jīng)過第二準直拋物鏡6上半部分的發(fā)散光束12準直后直接到達檢測面11 ;而經(jīng)過第二準直拋物鏡6下半部分的發(fā)散光束13經(jīng)過第二準直拋物鏡6準直后又經(jīng)過第一聚光拋物鏡4會聚，再經(jīng)過第二準直拋物鏡6準直后到達檢測面11，與準直后的發(fā)散光束12發(fā)生干涉，從干涉圖的信 息中可以看出，第一聚光拋物鏡4與第二準直拋物鏡6的位置是否共軸對稱，有哪些偏差，由此可以做出適當(dāng)調(diào)整，保證兩鏡的位置偏差達到要求。具體實施例一:選用4個波長的混合復(fù)色光，分別為399.5nm,400nm,400.5nm,401nm,設(shè)定400nm為所需單色光波長，光孔狹縫I寬度為60nm，第一準直拋物鏡2的相對孔徑值為1/5,第一準直拋物鏡2偏心角30° ,第一全息光柵光柵3入射角15° ,在光孔狹縫I上選取邊界12個視場作為最終像質(zhì)評價參考。以上四個波長混合的復(fù)色光經(jīng)過該單色儀分光后，由圖3可見，最終輸出的單色光只有400nm波長的光，衍射斑在衍射極限內(nèi)，分辨率在F數(shù)為5的情況下達到0.5nm水平；由圖4可見，400nm波長光的場曲、像散在IOiim之內(nèi)，畸變在0.5%以內(nèi)，精度較高；由圖5可見，MTF曲線在501n/mm時，各視場MTF值均大于
0.8，表明像 面質(zhì)量很好。
權(quán)利要求
1.高分辨率高純度光柵單色儀分光結(jié)構(gòu)，其特征是，包括光孔狹縫(I)、第一準直拋物鏡(2)、第一全息光柵(3)、第一聚光拋物鏡(4)、光闌狹縫(5)、第二準直拋物鏡(6)、第二全息光柵(7 )、第二聚光拋物鏡(8 )和狹縫(9 )，光孔狹縫(I)位于第一準直拋物鏡(2 )的焦點處，光闌狹縫(5)位于第一聚光拋物鏡(4)和第二準直拋物鏡(6)的焦點處，狹縫(9)位于第二聚光拋物鏡(8)焦點處；從光孔狹縫(I)出射的光入射到第一準直拋物鏡(2)上出射平行光，平行光入射到第一全息光柵(3)上反射，反射光入射到第一聚光拋物鏡(4)上，光經(jīng)過第一聚光拋物鏡(4)會聚至光闌狹縫(5)再出射，出射光依次經(jīng)過第二準直拋物鏡(6)、第二全息光柵(7)和第二聚光拋物鏡(8)，光最終會聚到狹縫(9);第二準直拋物鏡(6)、第二全息光柵(7)、第二聚光拋物鏡(8)和狹縫(9)組成的逆光路系統(tǒng)，與之前的系統(tǒng)關(guān)于光闌狹縫(5)旋轉(zhuǎn)對稱，互為對 稱的 各光學(xué)元件完全相同。
全文摘要
高分辨率高純度光柵單色儀分光結(jié)構(gòu)，屬于光柵分光技術(shù)領(lǐng)域，為解決現(xiàn)有光柵單色儀像差較大、校正設(shè)計復(fù)雜及離軸裝配誤差大的問題，本發(fā)明結(jié)構(gòu)包括光孔狹縫、第一準直拋物鏡、第一全息光柵、第一聚光拋物鏡、光闌狹縫、第二準直拋物鏡、第二全息光柵、第二聚光拋物鏡和狹縫，光孔狹縫位于第一準直拋物鏡的焦點處，光闌狹縫位于第一聚光拋物鏡和第二準直拋物鏡的焦點處，狹縫位于第二聚光拋物鏡焦點處；光從光孔狹縫入射到第一準直拋物鏡上出射平行光，平行光入射到第一全息光柵上反射，反射光入射到第一聚光拋物鏡上，光經(jīng)過第一聚光拋物鏡會聚至光闌狹縫再出射，出射光依次經(jīng)過第二準直拋物鏡、第二全息光柵和第二聚光拋物鏡，光最終會聚到狹縫。
文檔編號G01J3/02GK103226244SQ20131014037
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者方偉, 趙維寧, 楊振嶺 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所