一種透射式光柵光譜儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種透射式光柵光譜儀，可以將光分成光譜進行記錄和輸出。光譜儀包括入射狹縫，準(zhǔn)直透鏡，光柵，聚焦透鏡，反射鏡，光電轉(zhuǎn)換裝置。光譜儀準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡的使用采用共光軸光路方式，在較短波長范圍內(nèi)，色差和像差影響小，光譜分辨率高，通光效率高，雜散光少，調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。適用于固定激發(fā)波長的拉曼光譜測試，尤其是紫外波段的拉曼光譜的測試。
【專利說明】一種透射式光柵光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種透射式光柵光譜儀，可以將光分成光譜進行記錄和/或輸出。與激光器、拉曼光譜采集裝置聯(lián)用可以組成拉曼光譜儀，使用紫外光譜范圍的激光器、光學(xué)元件、光電轉(zhuǎn)換裝置可以組成紫外拉曼光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]公知的光柵光譜儀的構(gòu)造是由入射針孔(狹縫)，準(zhǔn)直鏡，衍射光柵，聚焦鏡，光電轉(zhuǎn)換裝置組成。光經(jīng)過入射針孔(狹縫)后，成為以針孔(狹縫)為中心的發(fā)散光，經(jīng)過以狹縫為焦平面的準(zhǔn)直鏡后，變成平行光，平行光經(jīng)過衍射光柵衍射，在不同衍射角上形成不同衍射級次，不同波長的光，衍射光通過聚焦鏡聚焦到光電轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)光譜的記錄和/或輸出。
[0003]目前普遍使用的光柵光譜儀是反射式結(jié)構(gòu)，即以兩面凹面反射鏡作為準(zhǔn)直鏡和聚焦鏡。凹面反射鏡的入射光和反射光在凹面反射鏡的同一側(cè)，因此入射光和反射光必須不同軸才能使入射光路和反射光路不互相影響，組成的非共軸光學(xué)系統(tǒng)會產(chǎn)生較嚴(yán)重的像差，導(dǎo)致光譜儀的分辨率下降，靈敏度降低。其優(yōu)點是，任意波長相同入射角的光，其反射角相同，適合波長范圍較廣的使用范圍。
[0004]透射式光柵光譜儀采用透鏡作為光柵光譜儀中的準(zhǔn)直鏡和聚焦鏡，入射光和出射光分布在透鏡的兩側(cè)，適合搭建共光軸光學(xué)系統(tǒng)，避免產(chǎn)生較嚴(yán)重的像差。其缺點是:不同波長的光在同一介質(zhì)中的折射率不同，導(dǎo)致相同的透鏡應(yīng)用于不同波長的光時，焦距會不同，尤其當(dāng)波長范圍較大時，焦距的變化較大，這種光學(xué)現(xiàn)象稱為色差。但是當(dāng)波長范圍較小時，色差的影響較小，尤其采用消色差透鏡組時，色差的影響會進一步降低。
[0005]因此，當(dāng)光譜波長范圍較大時，適合采用反射式光柵光譜儀結(jié)構(gòu)；光譜波長范圍較小時，適合采用透射式光柵光譜儀結(jié)構(gòu)。
[0006]固定激發(fā)波長的拉曼光譜儀，光譜波長范圍較小:例如采用532納米激光作為激發(fā)光源，拉曼光譜范圍是534.8納米到675.8納米，使用325納米紫外激光作為激發(fā)光源，拉曼光譜范圍是326.1納米到373.6納米，因此固定激發(fā)波長的拉曼光譜儀，尤其是紫外波長范圍的拉曼光譜儀適合采用透射式光柵光譜儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型提供一種新型透射式光柵光譜儀，包括入射狹縫，準(zhǔn)直透鏡，光柵，聚焦透鏡，反射鏡，光電轉(zhuǎn)換裝置，殼體。于殼體的側(cè)壁上設(shè)有貫通側(cè)壁面的狹縫，作為入射狹縫，光經(jīng)過入射狹縫進入光譜儀的殼體內(nèi)，成為以狹縫為輻射中心的發(fā)散光，發(fā)散光經(jīng)過焦平面在狹縫處的準(zhǔn)直透鏡成為平行光到達光柵衍射面，經(jīng)過光柵衍射，不同波長的光衍射向不同的方向，衍射光經(jīng)過聚焦透鏡聚焦后再經(jīng)反射鏡調(diào)整光路反射聚焦至光電轉(zhuǎn)換裝置的光感元件上，形成光譜進行記錄和/或輸出。
[0008]技術(shù)方案:準(zhǔn)直透鏡放置在以入射狹縫為焦平面的位置且入射狹縫中心在準(zhǔn)直透鏡的光軸上；光柵放置位置應(yīng)使其刻線方向與入射平行光的光軸垂直，并且與入射狹縫的狹縫方向平行，且光柵放置的角度應(yīng)使入射平行光的衍射效率達到最佳；聚焦透鏡放置的位置應(yīng)使其光軸與光柵刻線方向垂直，且其焦點與被衍射光在光柵衍射面的中心重合；反射鏡和光電轉(zhuǎn)換裝置放置的位置和角度，應(yīng)使經(jīng)過聚焦透鏡聚焦的不同波長的光均聚焦在光電轉(zhuǎn)換裝置的光電感應(yīng)元件表面；光電轉(zhuǎn)換裝置固定于殼體的側(cè)壁上保持穩(wěn)定；光譜儀使用密閉的避光外殼來阻止雜散光進入光譜儀；光電轉(zhuǎn)換裝置為電荷耦合器件或光電倍增管。若為電荷耦合器件，則光電轉(zhuǎn)換裝置的放置方向應(yīng)使光電感應(yīng)元件的像素排列方向與光柵刻線方向垂直或平行。
[0009]有益效果:光譜儀的準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡采用共光軸光路設(shè)計，減少像差的影響，準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡采用消色差透鏡組，減少色散的影響，光柵放置的角度要保證達到最佳衍射效率，反射鏡放置的角度使聚焦光光軸與光電轉(zhuǎn)換裝置的接收面垂直，在波長范圍較小的應(yīng)用中，色差和像差影響小，光譜分辨率高，通光效率高，雜散光少，調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。適用于固定激發(fā)波長的拉曼光譜測試，尤其是紫外波段的拉曼光譜的測試。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0011]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0012]圖2是本實用新型的具體應(yīng)用的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖3是本實用新型的具體應(yīng)用實例1:汞燈365納米和404納米發(fā)射線的光譜記錄。
[0014]圖4是本實用新型的具體應(yīng)用實例2:金剛石的拉曼光譜圖。
[0015]圖中1.入射狹縫，2.準(zhǔn)直透鏡，3.光柵，4.聚焦透鏡，5.反射鏡，6.光電轉(zhuǎn)換裝置，7.光電轉(zhuǎn)換裝置感應(yīng)芯片，8.狹縫固定立板，9.光電轉(zhuǎn)換裝置固定立板，10.殼體。
【具體實施方式】
[0016]在圖1中，一種透射式光柵光譜儀，包括入射狹縫I，準(zhǔn)直透鏡2，光柵3，聚焦透鏡4，反射鏡5，光電轉(zhuǎn)換裝置6，殼體10，于殼體10的側(cè)壁上設(shè)有貫通側(cè)壁面的狹縫，作為入射狹縫1，光經(jīng)過入射狹縫I進入光譜儀的殼體10內(nèi)，成為以狹縫I為輻射中心的發(fā)散光，發(fā)散光經(jīng)過焦平面在狹縫I處的準(zhǔn)直透鏡2成為平行光到達光柵3衍射面，經(jīng)過光柵3衍射，不同波長的光衍射向不同的方向，衍射光經(jīng)過聚焦透鏡4聚焦后再經(jīng)反射鏡5調(diào)整光路反射聚焦至光電轉(zhuǎn)換裝置6的光感元件7上，形成光譜進行記錄和/或輸出。
[0017]準(zhǔn)直透鏡2放置在以入射狹縫I為焦平面，且焦點在入射狹縫I的中心位置上，使準(zhǔn)直透鏡2達到共光軸光路方式，減少色差和像差的影響；
[0018]光柵3放置位置使其刻線方向與入射平行光的光軸垂直，并且與入射狹縫I的狹縫方向平行，并且光柵3放置的角度使入射平行光的衍射效率達到最佳；
[0019]聚焦透鏡4放置的位置使其光軸與光柵3刻線方向垂直，且其焦點與被衍射光在光柵3衍射面的中心重合，使聚焦透鏡4達到共光軸效果，減少色差和像差的影響，經(jīng)聚焦透鏡4后，同一波長衍射光的光聚焦到同一點,光被分成光譜；
[0020]反射鏡5和光電轉(zhuǎn)換裝置6放置的位置和角度，使經(jīng)過聚焦透鏡4聚焦的不同波長的光均聚焦在光電轉(zhuǎn)換裝置6的光電感應(yīng)元件7表面，形成光譜進行記錄和輸出；
[0021]在圖2所示實施例中，光電轉(zhuǎn)換裝置6為CCD，CXD的光電轉(zhuǎn)換裝置感應(yīng)芯片7的像素為2048X512，光電轉(zhuǎn)換裝置感應(yīng)芯片7的寬度方向與光柵3刻線方向平行，長度方向與光柵3刻線方向垂直；
[0022]在圖3所示實施例中，記錄標(biāo)準(zhǔn)光源汞燈在350納米到420納米之間的光譜，圖中橫坐標(biāo)為CCD的像素數(shù)，入射狹縫寬度為20微米，光柵為2400刻線/毫米光柵，CCD像素大小為14微米X 14微米。
[0023]在圖4所示實施例中，記錄金剛石的拉曼譜，圖中橫坐標(biāo)為拉曼頻移，實驗條件為:激發(fā)波長，355納米激光，入射狹縫寬度為20微米，光柵為2400刻線/毫米光柵，CCD像素大小為14微米X 14微米。
【權(quán)利要求】
1.一種透射式光柵光譜儀，包括入射狹縫(1)，準(zhǔn)直透鏡(2)，光柵(3)，聚焦透鏡(4)，反射鏡(5 )，光電轉(zhuǎn)換裝置(6 )，殼體(10 )，其特征是:于殼體(10 )的側(cè)壁上設(shè)有貫通側(cè)壁面的狹縫，作為入射狹縫(1)，光經(jīng)過入射狹縫(I)進入光譜儀的殼體(10)內(nèi)，成為以入射狹縫(I)為輻射中心的發(fā)散光，發(fā)散光經(jīng)過焦平面在入射狹縫(I)處的準(zhǔn)直透鏡(2)成為平行光到達光柵(3)衍射面，經(jīng)過光柵(3)衍射，不同波長的光衍射向不同的方向，衍射光經(jīng)過聚焦透鏡(4 )聚焦后再經(jīng)反射鏡(5 )調(diào)整光路反射聚焦至光電轉(zhuǎn)換裝置(6 )的光感元件(7 )上，形成光譜進行記錄和/或輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式光柵光譜儀，其特征是:準(zhǔn)直透鏡(2)放置在以入射狹縫(I)為焦平面的位置且入射狹縫(I)中心在準(zhǔn)直透鏡(2)的光軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式光柵光譜儀，其特征是:光柵(3)放置位置應(yīng)使其刻線方向與入射平行光的光軸垂直，且與入射狹縫(I)的狹縫方向平行，且光柵(3)放置的角度應(yīng)使入射平行光的衍射效率達到最佳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式光柵光譜儀，其特征是:聚焦透鏡(4)放置的位置應(yīng)使其光軸與光柵(3)刻線方向垂直，且其焦點與被衍射光在光柵(3)衍射面的中心重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式光柵光譜儀，其特征是:反射鏡(5)和光電轉(zhuǎn)換裝置(6)放置的位置和角度，應(yīng)使經(jīng)過聚焦透鏡(4)聚焦的不同波長的光均聚焦在光電轉(zhuǎn)換裝置(6)的光電感應(yīng)兀件(7)表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式光柵光譜儀，其特征是:光電轉(zhuǎn)換裝置(6)固定于殼體(10)的側(cè)壁上保持穩(wěn)定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式光柵光譜儀，其特征是:光譜儀使用密閉的避光外殼(10)來阻止雜散光進入光譜儀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射式光柵光譜儀，其特征是:光電轉(zhuǎn)換裝置(6)為電荷耦合器件(CCD)或光電倍增管； 若為電荷耦合器件(CXD)，則光電轉(zhuǎn)換裝置(6)的放置方向應(yīng)使光電感應(yīng)元件(7)的像素排列方向與光柵(3)刻線方向垂直或平行。
【文檔編號】G01N21/65GK203465002SQ201320542607
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】李 燦, 黃保坤, 馮兆池, 李光亞 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所