CN103323123A - 一种全自动的光波波长的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动的光波波长的测量方法及装置,本方法主要是利用光栅色散分光原理，根据夫琅和费衍射理论，当一束平行光投射到光栅平面时，每条狭缝对光波都会发生衍射，所有狭缝的衍射光又彼此发生干涉，当衍射角符合光栅方程时，在该衍射角方向上的光相叠加将会加强，其它方向光相抵消。通过恒定的转速不断循环改变入射光照射到光栅上的角度，就可以把入射光中不同波长的光依次筛选出来，最后根据光电效应将光强度转化为电流，进而可测得此刻光栅所筛选出光的波长以及对应电流。本发明结构简单、制造成本低廉，通用性强，工作可靠稳定，实验条件参数控制精确，不仅可用于紫外、可见、红外波段单色光波长的全自动检测，并且可用于检测复色光所含波长范围以及其中各波长光波的相应强度。

Description

一种全自动的光波波长的测量方法及装置

技术领域

本发明属于分析仪器测量设备领域，具体地说,本发明涉及一种全自动的光波波长的测量方法及装置。

背景技术

目前，单色光波长的测量方法主要有：双缝干涉测波长、双棱镜测波长、麦克尔逊干涉仪测波长、牛顿环测波长以及光栅测波长，但是无论利用以上的哪一种方法来测单色光的波长，均需要人工手动操作，且需要望远镜等进行谱线观察，测量过程非常复杂，误差较大，另外其主要应用于实验室内，不能大范围的推广。

目前，市场上正在流行的光波长表为Agilent 86120C光波长表和Agilent 86120B光波长表，二者均是以麦克尔逊干涉仪为基础的仪器，其中Agilent 86120C光波长表测量波长范围为1270nm到1650nm间的激光波长和光能，Agilent 86120B光波长表测量波长范围为700nm到1650nm间的激光波长和光能。显而易见，以上两种光波长表均存在不可忽视的缺陷：测量范围小，不能用于检测紫外以及可见光光波的波长。因此，市场急需开发一种操作简单、成本低廉、准确度高、测量范围广的全自动的光波波长的测量方法及装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、成本低廉、准确度高、测量范围广的全自动的光波波长的测量方法及装置，以克服上述现有技术方法所存在的缺陷和满足市场的需求。

为了解决上述技术问题，本发明的第一具体技术方案如下：

一种全自动的光波波长的测量方法，系按恒定的转速不断循环改变入射光照射到光栅上的角度，利用光栅色散分光原理，从而把入射光中不同波长的光依次筛选出来，然后照射在光电管上，利用光电效应将光强度转化为光电流，经光电倍增管放大之后，测出此刻光栅所筛选出的光所对应的电流。

根据角度信息采集器所采集的入射光照射到光栅上的入射角角度大小以及光栅本身特性，计算出此刻光栅所筛选出的光的波长。

根据所得波长以及对应电流大小，做出波长-电流曲线图。

当光源所发出光为单色光时，在光栅的一个转动循环周期内，波长-电流图中最大电流所对应波长称为主波长，该主波长即为单色光所对应波长。

当光源所发出光为复色光时，在光栅的一个转动循环周期内，光栅所筛选出的波长范围即为该复色光所含波长范围，相应波长光波所对应电流的大小即为该波长光波的相应强度。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，所述的光栅系利用光栅色散分光原理，根据夫琅和费衍射理论，当一束平行光投射到光栅平面时，每条狭缝对光波都会发生衍射，所有狭缝的衍射光又彼此发生干涉，当衍射角符合光栅方程时，在该衍射角方向上的光相叠加将会加强，其它方向光相抵消，进而从入射光中筛选出特定波长的光。

光栅方程： d(sinθ±sin i)= Kλ,（K = 0、±1、±2 、…）。

式中，+号表示衍射光与入射光在法线同侧；﹣号则表示衍射光与入射光位于法线异侧。

其中，d代表光栅常数；θ代表衍射角；i代表入射角；K代表级次；λ代表光波波长。

由以上公式可知，当已知光栅常数d、衍射角θ、入射角i和级次K时，可利用上述公式求出光波波长。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，将光源通过第一聚光镜，汇聚于入射狭缝处，入射光通过第一保护玻璃，经准直镜转变为平行光，入射平行光经光栅筛选出特定波长的光，出射光经第二聚光镜和第二保护玻璃，汇聚于出射狭缝处。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，通过转动控制器以恒定的转速不断循环改变入射光照射到光栅上的角度，从而依次筛选出具有特定波长的出射光。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，出射光照射在光电管上，利用光电效应将光强度转化为光电流，经光电倍增管放大之后，测出此刻光栅所筛选出的光所对应的电流。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，根据角度信息采集器所采集的入射光照射到光栅上的入射角角度大小以及光栅本身特性，计算出此刻光栅所筛选出的光的波长。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，根据所得波长以及对应电流大小，做出波长-电流曲线图。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，当光源所发出光为单色光时，在光栅的一个转动循环周期内，波长-电流图中最大电流所对应波长即为该单色光所对应波长。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，当光源所发出光为复色光时，在光栅的一个转动循环周期内，光栅所筛选出的波长范围即为该复色光所含波长范围，相应波长光波所对应电流的大小即为该波长光波的相应强度。

本发明的第二具体技术方案如下：

一种全自动的光波波长的测量装置，包括：一个密封箱，其特征在于：

所述的密封箱被两块隔板分为三个箱室，分别为：第一箱室、第二箱室、第三箱室。

所述的两块隔板分别为：第一隔板、第二隔板。所述的第一隔板上侧设有一个入射狭缝。所述的第二隔板下侧设有一个出射狭缝以及一个导线孔。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量装置，其特征在于，所述的第一箱室左侧箱壁上设有一个聚光镜，该聚光镜称为第一聚光镜，所述的第一箱室右侧的第一隔板上侧设有一个入射狭缝，第一聚光镜中心线与入射狭缝中心线高度相同，且两者间距符合光学要求。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量装置，其特征在于，所述的第二箱室内依次设有第一保护玻璃、准直镜、光栅、第二聚光镜、第二保护玻璃、转动控制器、角度信息采集器、校准调节器，第二箱室右侧的第二隔板下侧设有一个出射狭缝以及一个导线孔，所述的第一保护玻璃中心线与入射狭缝中心线所处高度相同，所述的准直镜、光栅、第二聚光镜、第二保护玻璃、出射狭缝位置上符合光学要求，所述的光栅，其转轴与转动控制器相连接，所述的转动控制器与角度信息采集器及校准调节器电连接。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量装置，其特征在于，所述的第三箱室内依次设有光电管、光电倍增管、信息处理器、波长-电流显示器、主波长显示器，所述的光电管所处位置与出射狭缝相对应，且与光电倍增管电连接，所述的光电倍增管与信息处理器电连接，所述的信息处理器与波长-电流显示器以及主波长显示器电连接，所述的波长-电流显示器和主波长显示器的显示屏均设在第三箱室箱体上，以便于直接观察。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量装置，其特征在于，所述的角度信息采集器与信息处理器电连接。

根据本发明的一种全自动的光波波长的测量装置，其特征在于，在使用本发明的一种全自动的光波波长的测量装置测试待测光源之前，需先选取一波长已知的单色光作为光源，通过校准调节器对装置进行校准。

与现有的技术方法相比，本发明具有如下效果。

（1）以恒定的转速不断循环改变入射光照射到光栅上的角度，从而把入射光中不同波长的光依次筛选出来，最后利用光电效应将光强度转化为光电流，进而测得此刻光栅所筛选出的光的波长以及相应强度，实现了光波波长的全自动检测。

（2）采用智能数显控制，不仅能实现紫外、可见、红外波段单色光波长的全自动测定，而且能有效快速的检测复色光所含波长范围以及其中各波长光波的相应强度。

（3）工作可靠稳定，实验条件参数控制精确，避免了人为操作产生的误差，使分析结果更加准确、可靠。

（4）扩大了光波波长的检测范围，通用性强，且制造成本低廉。

附图说明

图1为本发明的全自动的光波波长的测量方法及装置的具体结构示意图；

图中，1、光源；2、密封箱；3、第一箱室；4、第一隔板；5、第二箱室；6、第二隔板；7、第三箱室；8、第一聚光镜；9、入射狭缝；10、第一保护玻璃；11、准直镜；12、光栅；13、转动控制器；14、校准调节器；15、角度信息采集器；16、第二聚光镜；17、第二保护玻璃；18、导线孔；19、出射狭缝；20、光电管；21、光电倍增管；22、信息处理器；23、波长-电流显示器；24、主波长显示器。

图2是本发明的全自动的光波波长的测量方法及装置的控制框路图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种操作简单、成本低廉、准确度高、测量范围广的全自动的光波波长的测量方法及装置，以克服现有技术方法所存在的缺陷和满足市场的需求。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1和图2，本发明的一种全自动的光波波长的测量方法，包括以下步骤。

（1）将光源通过第一聚光镜8，汇聚于入射狭缝9处。

（2）入射光通过第一保护玻璃10，经准直镜11转变为平行光。

（3）入射平行光经光栅12选择，衍射出特定波长的光。

（4）衍射光经第二聚光镜16和第二保护玻璃17，汇聚于出射狭缝19处。

（5）通过转动控制器14以恒定的转速不断循环改变入射光照射到光栅12上的角度，从而依次筛选出具有特定波长的出射光。

（6）出射光照射在光电管20上，利用光电效应将光强度转化为光电流，经光电倍增管21放大之后，测出此刻光栅12所筛选出的光所对应的电流。

（7）根据角度信息采集器15所采集的入射光照射到光栅12上的入射角角度大小以及光栅12本身特性，计算出此刻光栅12所筛选出的光的波长。

（8）根据所得波长以及对应电流大小，做出波长-电流曲线图。

（9）经信息处理器22整定后，将波长-电流曲线图及主波长分别呈现于显示器上。

参见图1和图2，本发明的一种全自动的光波波长的测量装置包括：

一个密封箱2，所述的密封箱被两块隔板分为三个箱室，分别为：第一箱室3、第二箱室5、第三箱室7。所述的两块隔板分别为：第一隔板4、第二隔板6。所述的第一隔板4上侧设有一个入射狭缝9。所述的第二隔板6下侧设有一个出射狭缝19以及一个导线孔18。

所述的第一箱室3左侧箱壁上设有一个聚光镜，该聚光镜称为第一聚光镜8，所述的第一箱室3右侧的第一隔板4上侧设有一个入射狭缝9，第一聚光镜8中心线与入射狭缝9中心线高度相同，且两者间距符合光学要求。

所述的第二箱室内依次设有第一保护玻璃10、准直镜11、光栅12、第二聚光镜16、第二保护玻璃17、转动控制器13、角度信息采集器15、校准调节器14，第二箱室5右侧的第二隔板6下侧设有一个出射狭缝19以及一个导线孔18，所述的第一保护玻璃10中心线与入射狭缝9中心线所处高度相同，所述的准直镜11、光栅12、第二聚光镜16、第二保护玻璃17、出射狭缝19位置上符合光学要求，所述的光栅12，其转轴与转动控制器13相连接，所述的转动控制器13与角度信息采集器15及校准调节器14电连接。

所述的第三箱室内依次设有光电管20、光电倍增管21、信息处理器22、波长-电流显示器23、主波长显示器24，所述的光电管20所处位置与出射狭缝19相对应，且与光电倍增管21电连接，所述的光电倍增管21与信息处理器22电连接，所述的信息处理器22与波长-电流显示器23以及主波长显示器24电连接，所述的波长-电流显示器23和主波长显示器24的显示屏均设在第三箱室7箱体上，以便于直接观察。

所述的角度信息采集器15与信息处理器22电连接。

在使用本发明的一种全自动的光波波长的测量装置测试待测光源1之前，需先选取一波长已知的单色光作为光源1，通过校准调节器13对装置进行校准。

以上是针对本发明的可行实施例的具体说明，但该实施例并非仅用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims (18)

1.一种全自动的光波波长的测量方法，系按恒定的转速不断循环改变入射光照射到光栅（12）上的角度，利用光栅（12）色散分光原理，从而把入射光中不同波长的光依次筛选出来，然后照射在光电管（20）上，利用光电效应将光强度转化为光电流，经光电倍增管（21）放大之后，测出此刻光栅（12）所筛选出的光所对应的电流。

2.根据角度信息采集器（15）所采集的入射光照射到光栅（12）上的入射角角度大小以及光栅本身特性，计算出此刻光栅（12）所筛选出的光的波长；

根据所得波长以及对应电流大小，做出波长-电流曲线图；

当光源（1）所发出光为单色光时，在光栅（12）的一个转动循环周期内，波长-电流图中最大电流所对应波长称为主波长，该主波长即为单色光所对应波长；

当光源（1）所发出光为复色光时，在光栅（12）的一个转动循环周期内，光栅（12）所筛选出的波长范围即为该复色光所含波长范围，相应波长光波所对应电流的大小即为该波长光波的相应强度。

3.如权利要求1所述的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，所述的光栅（12）系利用光栅色散分光原理，根据夫琅和费衍射理论，当一束平行光投射到光栅（12）平面时，每条狭缝对光波都会发生衍射，所有狭缝的衍射光又彼此发生干涉，当衍射角符合光栅（12）方程时，在该衍射角方向上的光相叠加将会加强，其它方向光相抵消，进而从入射光中筛选出特定波长的光；

光栅（12）方程： d(sinθ±sin i)= Kλ,（K = 0、±1、±2 、…）

式中，+号表示衍射光与入射光在法线同侧；﹣号则表示衍射光与入射光位于法线异侧；

其中，d代表光栅（12）常数；θ代表衍射角；i代表入射角；K代表级次；λ代表光波波长；

由以上公式可知，当已知光栅（12）常数d、衍射角θ、入射角i和级次K时，可利用上述公式求出光波波长。

4.如权利要求1所述的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，将光源（1）通过第一聚光镜（8），汇聚于入射狭缝（9）处，入射光通过第一保护玻璃（10），经准直镜（11）转变为平行光，入射平行光经光栅（12）筛选出特定波长的光，衍射光经第二聚光镜（16）和第二保护玻璃（17），汇聚于出射狭缝（19）处。

5.如权利要求1所述的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，通过转动控制器（13）以恒定的转速不断循环改变入射光照射到光栅（12）上的角度，从而依次筛选出具有特定波长的出射光。

6.如权利要求1所述的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，出射光照射在光电管（20）上，利用光电效应将光强度转化为光电流，经光电倍增管（21）放大之后，测出此刻光栅（12）所筛选出的光所对应的电流。

7.如权利要求1所述的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，根据角度信息采集器（15）所采集的入射光照射到光栅（12）上的入射角角度大小以及光栅（12）本身特性，计算出此刻光栅（12）所筛选出的光的波长。

8.如权利要求1所述的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，根据所得波长以及对应电流大小，做出波长-电流曲线图。

9.如权利要求1所述的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，当光源（1）所发出光为单色光时，在光栅（12）的一个转动循环周期内，波长-电流图中最大电流所对应波长即为该单色光所对应波长。

10.如权利要求1所述的一种全自动的光波波长的测量方法，其特征在于，当光源（1）所发出光为复色光时，在光栅（12）的一个转动循环周期内，光栅（12）所筛选出的波长范围即为该复色光所含波长范围，相应波长光波所对应电流的大小即为该波长光波的相应强度。

11.一种全自动的光波波长的测量装置，包括：一个密封箱（2），其特征在于：

所述的密封箱（2）被两块隔板分为三个箱室，分别为：第一箱室（3）、第二箱室（5）、第三箱室（7）；

所述的两块隔板分别为：第一隔板（4）、第二隔板（6）。

12.所述的第一隔板上侧设有一个入射狭缝（9）。

13.所述的第二隔板（6）下侧设有一个出射狭缝（19）以及一个导线孔（18）。

14.如权利要求10所述的一种全自动的光波波长的测量装置，其特征在于，所述的第一箱室（3）左侧箱壁上设有一个聚光镜，该聚光镜称为第一聚光镜（8），所述的第一箱室（3）右侧的第一隔板（4）上测设有一个入射狭缝（9），第一聚光镜（8）中心线与入射狭缝（9）中心线高度相同，且两者间距符合光学要求。

15.如权利要求10所述的一种全自动的光波波长的测量装置，其特征在于，所述的第二箱室（5）内依次设有第一保护玻璃（10）、准直镜（11）、光栅（12）、第二聚光镜（16）、第二保护玻璃（17）、转动控制器（13）、角度信息采集器（15）、校准调节器（14），第二箱室（5）右侧的第二隔板（6）下侧设有一个出射狭缝（19）以及一个导线孔（18），所述的第一保护玻璃（10）中心线与入射狭缝（9）中心线所处高度相同，所述的准直镜（11）、光栅（12）、第二聚光镜（16）、第二保护玻璃（17）、出射狭缝（19）位置上符合光学要求，所述的光栅（12），其转轴与转动控制器（13）相连接，所述的转动控制器（13）与角度信息采集器（15）及校准调节器（14）电连接。

16.如权利要求10所述的一种全自动的光波波长的测量装置，其特征在于，所述的第三箱室（7）内依次设有光电管（20）、光电倍增管（21）、信息处理器（22）、波长-电流显示器（23）、主波长显示器（24），所述的光电管（20）所处位置与出射狭缝（19）相对应，且与光电倍增管（21）电连接，所述的光电倍增管（21）与信息处理器（22）电连接，所述的信息处理器（22）与波长-电流显示器（23）以及主波长显示器（24）电连接，所述的波长-电流显示器（23）和主波长显示器（24）的显示屏均设在第三箱室（7）箱体上，以便于直接观察。

17.如权利要求12所述的一种全自动的光波波长的测量装置，其特征在于，所述的角度信息采集器（15）与信息处理器（22）电连接。

18.如权利要求12所述的一种全自动的光波波长的测量装置，其特征在于，在使用本发明的一种全自动的光波波长的测量装置测试待测光源（1）之前，需先选取一波长已知的单色光作为光源（1），通过校准调节器（13）对装置进行校准。

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