CN111089650B - 一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪 - Google Patents

一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪 Download PDF

Info

Publication number
CN111089650B
CN111089650B CN201911352705.9A CN201911352705A CN111089650B CN 111089650 B CN111089650 B CN 111089650B CN 201911352705 A CN201911352705 A CN 201911352705A CN 111089650 B CN111089650 B CN 111089650B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diaphragm
spectrometer
mirror
grating
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201911352705.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111089650A (zh
Inventor
董云升
张天舒
刘文清
刘建国
史宇辰
付毅宾
范广强
项衍
吕立慧
刘吉瑞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui University
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Anhui University
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui University, Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Anhui University
Priority to CN201911352705.9A priority Critical patent/CN111089650B/zh
Publication of CN111089650A publication Critical patent/CN111089650A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111089650B publication Critical patent/CN111089650B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J2003/1208—Prism and grating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪，包括小孔光阑、凹面反射镜和平面光栅等。日盲区探测信号通过小孔光阑后，进行准直扩束、通过控制调整平面衍射光栅和聚焦镜的位置及角度来实现日盲区波段光信号的高精度提取。本发明不仅结构简单，而且易于调节，可在‑30℃至70℃的高低温环境下，车载机载等振动条件下，高分辨率低色散稳定工作，可以满足激光雷达等遥测设备在日盲区的高效率高分辨率的探测需求。

Description

一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪
技术领域
本发明涉及光谱仪的技术领域，具体涉及一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪，在日盲区范围内，高低温环境和车载机载振动条件下，低色散高分辨率稳定工作。
背景技术
太阳紫外辐射在通过大气层时，大气层中的臭氧层对200nm～300nm紫外辐射具有强烈的吸收作用，这一波段紫外辐射在近地大气中几乎不存在，由于该波段区的太阳辐射在大气层中，尤其在海平面附近大气层中基本为零或十分微弱，所以，该波段不受太阳辐射影响，形成所谓的日盲区。日盲区内几乎无太阳背景辐射，大气背景几乎为零，为大气遥感探测提供十分有利探测窗口。
已申请专利或发表文献调研中，无满足高低温环境和车载机载振动条件下高分辨率低色散稳定工作光谱仪，绝大多数光谱仪只能在稳定光学平台上工作，工作温度一般控制室温范围内，一些高分辨率甚至需要气动隔震平台和恒温环境保证光谱仪稳定。本申请保护的光谱仪可以在车载机载振动条件下，大温度范围(-30℃至70℃)内，高分辨低色散稳定工作，具有很强应用价值和创新性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪，具体涉及在日盲区范围内，高低温环境和车载机载振动条件下，低色散高分辨率稳定工作。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪装置，包括：入射光阑、耦合准直镜、耦合准直镜座、凹面准直镜、凹面准直镜座、紫外光栅、光栅座、聚焦镜一、镜座一、聚焦镜二、镜座二、聚焦镜三、镜座三、出射光阑一、探测器一、出射光阑二、探测器二、出射光阑三、探测器三、光谱仪壁和光谱仪底板；所述入射光阑相对位置固定，光阑孔径0.2mm-2mm之间自动调整；所述耦合准直镜与凹面准直镜组成一对扩束镜组，信号光由入射光阑进入所述装置，经过耦合准直镜与凹面准直镜扩束为发散角小于0.1mrad的准平行光，入射到紫外光栅；所述紫外光栅为深紫外光栅，工作波长为260nm-300nm，紫外光栅将不同波长的信号光以不同的角度衍射出去；所述的聚焦镜一、聚焦镜二和聚焦镜三分别接收由紫外光栅反射回来的不同波长信号光，分别将它们会聚到出射光阑一、出射光阑二和出射光阑三，分别被探测器一，探测器二和探测器三接收；所述装置满足高低温环境和车载机载振动条件下高分辨率低色散稳定工作，工作温度范围-30℃至70℃。
进一步地，所述耦合准直镜、聚焦镜一、聚焦镜二和聚焦镜三分别固定安装在耦合准直镜座、镜座一、镜座二和镜座三上，耦合准直镜座、镜座一、镜座二和镜座三采用高阻尼合金材料设计，可以-70℃至120℃范围内，有效抑制微振动，阻尼本领大于90％，减振衰减大于90％。
进一步地，所述光谱仪底板超低膨胀系数的合同材料，在-70℃至100℃范围内，平均膨胀系数小于1.5×10-6℃-1，所述装置的膨胀量小于0.1um/℃。
进一步地，所述光谱仪底板和光谱仪壁的内墙壁均采用吸光螺纹和多孔设计，吸收杂散光。
进一步地，所述出射光阑一、出射光阑二和出射光阑三为矩形狭缝光阑设计，狭缝边缘为刀口设计，矩形的长度和宽度均可调整，调整范围为0.2-10mm，调整精度为0.01mm。
进一步地，所述装置工作250nm-300nm的日盲区和近日盲区波段，光谱分辨率小于0.1nm,光学效率大于50％。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明中一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪，利用日盲区探测窗口，实现深紫外波段信号探测，工作波段为250nm-300nm日盲和近日盲波段，具有高分率和高光学效率特征，其光谱分辨率小于0.1nm,光学效率大于50％。
(2)本发明中一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪，经过超大工作温度范围创新设计，装置的膨胀量小于0.1um/℃，能够实现在-30℃至70℃低温和高温环境工作，这是现有技术所不具备的。
(3)本发明中一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪，进行了抗震创新设计，具体开展了高阻尼合金材料创新设计，有效抑制微振动，阻尼本领大于90％，减振衰减大于90％，能够在车载机载振动条件下稳定工作，这是现有技术所不具备的。
附图说明
图1为本发明一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪的组成框图。
图2为本发明一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪的光路图。
其中：入射光阑1、耦合准直镜2、耦合准直镜座3、凹面准直镜4、凹面准直镜座5、紫外光栅6、光栅座7、聚焦镜一8、镜座一9、聚焦镜二10、镜座二11、聚焦镜三12、镜座三13、出射光阑一14、探测器一15、出射光阑二16、探测器二17、出射光阑三18、探测器三19、光谱仪壁20、光谱仪底板21。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1-2所示，一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪，包括入射光阑1、耦合准直镜2、耦合准直镜座3、凹面准直镜4、凹面准直镜座5、紫外光栅6、光栅座7、聚焦镜一8、镜座一9、聚焦镜二10、镜座二11、聚焦镜三12、镜座三13、出射光阑一14、探测器一15、出射光阑二16、探测器二17、出射光阑三18、探测器三19、光谱仪壁20、光谱仪底板21；所述入射光阑1相对位置固定，光阑孔径0.2mm-2mm之间自动调整；所述耦合准直镜2与凹面准直镜4组成一对扩束镜组，信号光由入射光阑1进入所述装置，经过耦合准直镜2与凹面准直镜4扩束为发散角小于0.1mrad的准平行光，入射到紫外光栅6；所述紫外光栅6为深紫外光栅，工作波长为260nm-300nm，紫外光栅6将不同波长的信号光以不同的角度衍射出去；所述的聚焦镜一8、聚焦镜二10和聚焦镜三12分别接收由紫外光栅6反射回来的不同波长信号光，分别将它们会聚到出射光阑一14、出射光阑二16和出射光阑三18，分别被探测器一15，探测器二17和探测器三19接收。
所述光栅光谱仪满足高低温环境和车载机载振动条件下高分辨率低色散稳定工作，工作温度范围-30℃至70℃。
所述耦合准直镜2、聚焦镜一8、聚焦镜二10和聚焦镜三12分别固定安装在耦合准直镜座3、镜座一9、镜座二11和镜座三13上，耦合准直镜座3、镜座一9、镜座二11和镜座三13采用高阻尼合金材料设计，可以-70℃至120℃范围内，有效抑制微振动，阻尼本领大于90％，减振衰减大于90％。
所述光谱仪底板21超低膨胀系数的合同材料，在-70℃至100℃范围内，平均膨胀系数小于1.5×10-6℃-1，所述装置的膨胀量小于0.1um/℃。
所述光谱仪底板21和光谱仪壁20的内墙壁均采用吸光螺纹和多孔设计，吸收杂散光。
所述出射光阑一14、出射光阑二16和出射光阑三18为矩形狭缝光阑设计，狭缝边缘为刀口设计，矩形的长度和宽度均可调整，调整范围为0.2-10mm，调整精度为0.01mm。
所述光栅光谱仪工作250nm-300nm的日盲区和近日盲区波段，光谱分辨率小于0.1nm,光学效率大于50％。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (1)

1.一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪，其特征在于，包括：入射光阑(1)、耦合准直镜(2)、耦合准直镜座(3)、凹面准直镜(4)、凹面准直镜座(5)、紫外光栅(6)、光栅座(7)、聚焦镜一(8)、镜座一(9)、聚焦镜二(10)、镜座二(11)、聚焦镜三(12)、镜座三(13)、出射光阑一(14)、探测器一(15)、出射光阑二(16)、探测器二(17)、出射光阑三(18)、探测器三(19)、光谱仪壁(20)和光谱仪底板(21)；所述入射光阑(1)相对位置固定，光阑孔径0.2mm-2mm之间自动调整；所述耦合准直镜(2)与凹面准直镜(4)组成一对扩束镜组，信号光由入射光阑(1)进入光谱仪，经过耦合准直镜(2)与凹面准直镜(4)扩束为发散角小于0.1mrad的准平行光，入射到紫外光栅(6)；所述紫外光栅(6)为深紫外光栅，工作波长为260nm-300nm，紫外光栅(6)将不同波长的信号光以不同的角度衍射出去；所述的聚焦镜一(8)、聚焦镜二(10)和聚焦镜三(12)分别接收由紫外光栅(6)反射回来的不同波长信号光，分别将它们会聚到出射光阑一(14)、出射光阑二(16)和出射光阑三(18)，分别被探测器一(15)，探测器二(17)和探测器三(19)接收；光谱仪满足高低温环境和车载机载振动条件下高分辨率低色散稳定工作，工作温度范围-30℃至70℃；
所述耦合准直镜(2)、聚焦镜一(8)、聚焦镜二(10)和聚焦镜三(12)分别固定安装在耦合准直镜座(3)、镜座一(9)、镜座二(11)和镜座三(13)上，耦合准直镜座(3)、镜座一(9)、镜座二(11)和镜座三(13)采用高阻尼合金材料设计，可以-70℃至120℃范围内，有效抑制微振动，阻尼本领大于90％，减振衰减大于90％；
所述光谱仪底板(21)超低膨胀系数的合金材料，在-70℃至100℃范围内，平均膨胀系数小于1.5×10-6℃-1，光谱仪的膨胀量小于0.1um/℃；
所述光谱仪底板(21)和光谱仪壁(20)的内墙壁均采用吸光螺纹和多孔设计，吸收杂散光；
所述出射光阑一(14)、出射光阑二(16)和出射光阑三(18)为矩形狭缝光阑设计，狭缝边缘为刀口设计，矩形的长度和宽度均可调整，调整范围为0.2-10mm，调整精度为0.01mm；
光谱仪工作250nm-300nm的日盲区和近日盲区波段，光谱分辨率小于0.1nm,光学效率大于50％。
CN201911352705.9A 2019-12-25 2019-12-25 一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪 Expired - Fee Related CN111089650B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911352705.9A CN111089650B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911352705.9A CN111089650B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111089650A CN111089650A (zh) 2020-05-01
CN111089650B true CN111089650B (zh) 2022-03-08

Family

ID=70397163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911352705.9A Expired - Fee Related CN111089650B (zh) 2019-12-25 2019-12-25 一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111089650B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113484848B (zh) * 2021-07-01 2024-07-05 北京艾沃思科技有限公司 一种用于环境监测激光雷达高光谱分光装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101681009A (zh) * 2007-04-23 2010-03-24 株式会社尼康 光学元件保持装置、镜筒及曝光装置以及器件的制造方法
CN103698313A (zh) * 2013-12-31 2014-04-02 中国科学院合肥物质科学研究院 水汽Raman激光雷达紫外高分辨率光栅光谱仪
CN104991243A (zh) * 2015-07-06 2015-10-21 中国科学院合肥物质科学研究院 一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置
CN105004422A (zh) * 2015-07-10 2015-10-28 安徽宝龙环保科技有限公司 一种超低杂散光光栅光谱仪
CN205720771U (zh) * 2016-06-30 2016-11-23 广州市合熠电子科技有限公司 一种超小型内带螺纹型光纤聚焦镜
CN107101947A (zh) * 2017-07-03 2017-08-29 福州大学 Ccd生物芯片荧光扫描仪的消杂散光装置及其工作方法
CN209055681U (zh) * 2018-12-17 2019-07-02 武汉光至科技有限公司 一种杂散光收光筒

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101681009A (zh) * 2007-04-23 2010-03-24 株式会社尼康 光学元件保持装置、镜筒及曝光装置以及器件的制造方法
CN103698313A (zh) * 2013-12-31 2014-04-02 中国科学院合肥物质科学研究院 水汽Raman激光雷达紫外高分辨率光栅光谱仪
CN104991243A (zh) * 2015-07-06 2015-10-21 中国科学院合肥物质科学研究院 一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置
CN105004422A (zh) * 2015-07-10 2015-10-28 安徽宝龙环保科技有限公司 一种超低杂散光光栅光谱仪
CN205720771U (zh) * 2016-06-30 2016-11-23 广州市合熠电子科技有限公司 一种超小型内带螺纹型光纤聚焦镜
CN107101947A (zh) * 2017-07-03 2017-08-29 福州大学 Ccd生物芯片荧光扫描仪的消杂散光装置及其工作方法
CN209055681U (zh) * 2018-12-17 2019-07-02 武汉光至科技有限公司 一种杂散光收光筒

Also Published As

Publication number Publication date
CN111089650A (zh) 2020-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7583364B1 (en) High pulse-energy, eye-safe lidar system
US5652681A (en) Grism (grating-prism combination)
US3549239A (en) Optical signal processor
CN111089650B (zh) 一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪
CN107727250B (zh) 光栅波前倾斜色散补偿装置
Banks et al. Novel all-reflective stretcher for chirped-pulse amplification of ultrashort pulses
US5960016A (en) Aberration-free, all-reflective laser pulse stretcher
CN103900692B (zh) 一种基于太阳自适应光学***的太阳光栅光谱成像装置
Schwab et al. Design of the CHIRON high-resolution spectrometer at CTIO
CN103698313A (zh) 水汽Raman激光雷达紫外高分辨率光栅光谱仪
CN100443885C (zh) 一种微型化便携式红外光谱仪
Noda et al. Overview of the status of the European Solar Telescope
CN203465002U (zh) 一种透射式光栅光谱仪
CN112326582A (zh) 长波红外成像光谱仪光学***
CN104991243A (zh) 一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置
WO2020138133A1 (ja) 気象観測ライダー用受光系
CN112067126A (zh) 一种用于大气探测的星载极紫外高光谱相机光学***
Hayman et al. Design of a low cost diode-laser-based High Spectral Resolution Lidar (HSRL)
RU2344383C2 (ru) Широкодиапазонный фурье-гиперспектрометр
Caldwell et al. Beam pattern (diffraction) aspects in design of the SPIRE instrument
CN113484848B (zh) 一种用于环境监测激光雷达高光谱分光装置及方法
Ye et al. Tunable Light Source with LDLS and AOTF
Wolfram et al. Solar campaign: Stratospheric ozone lidar of Argentina
CN116400329A (zh) 一种激光雷达分光装置及应用方法
De Young Narrow band fiber Bragg grating water vapor DIAL receiver

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20220308

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee