CN113865705A - 一种共用光路双通道光路***及光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种共用光路双通道光路***及光谱仪。本发明的光谱仪包括第一狭缝、第二狭缝、光阑、准直镜、光栅、聚焦镜、探测器，光从第一狭缝、第二狭缝射入，经光阑射至准直镜，准直镜将光反射至光栅，光经光栅衍射后反射至聚焦镜，聚焦镜将衍射后的光反射至探测器。本发明的光谱仪的特定光路结构使得两路光路具有高度一致的温度特性以及高度一致光栅、聚焦镜、准直镜和探测器的响应函数。

Description

一种共用光路双通道光路***及光谱仪

技术领域

本发明涉及光谱领域，具体涉及一种共用光路双通道光路***及光谱仪。

背景技术

现有双通道光谱测量一般都是使用两套类似的光谱仪进行测量。然而，使用两套光谱仪进行测量会因为光学元件的不一致性，导致两套光谱仪拥有不同的温度特性。无法保证同时测量的一致性，另外两套光谱仪会增加使用成本，对两套光谱仪的一致性要求高。虽然现有技术具有双狭缝光谱仪，例如公开号为CN110375851A公开了一种双狭缝光谱仪，但是现有及技术的双狭缝光谱仪光路复杂，并且温度特性和响应函数难以满足测量的需求。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种共用光路双通道光路***及光谱仪，本发明的技术方案如下。

一种共用光路双通道光路***，包括第一狭缝、第二狭缝、光阑、准直镜、光栅、聚焦镜、探测器；

光从第一狭缝、第二狭缝射入，经光阑射至准直镜，准直镜将光反射至光栅，光经光栅衍射后反射至聚焦镜，聚焦镜将衍射后的光反射至探测器；

准直镜与聚焦镜相邻或相接设置，且准直镜和聚焦镜分别与光栅大致相向设置，以使得从第一狭缝或第二狭缝入射的光在空间上形成首尾相连的若干“∧”形轨迹；第一狭缝与第二狭缝平行设置以使得从第一狭缝入射的光的“∧”形轨迹所在的平面与从第二狭缝入射的光的“∧”形轨迹所在的平面相互平行，或，第一狭缝与第二狭缝交叉设置以使得从第一狭缝入射的光的“∧”形轨迹所在的平面与从第二狭缝入射的光的“∧”形轨迹所在的平面在空间上存在相交的至少两个平面。

优选的，准直镜位置基于

获得，其中，α为光栅入射角，β为光栅衍射角，φ＝α+β，λ₁、λ₂为波长范围；

聚焦镜的长度采用

计算，其中，L_D为探测器实际尺寸，L为聚焦镜有效长度。

优选的，所述共用光路双通道光路***的探测器前设置有柱透镜，以使得光被收拢至探测器中心。

离轴角度根据反射镜大小和光栅尺寸，探测器尺寸来决定，优选的，第一狭缝和第二狭缝的离轴角度为11°±1°,探测器位于聚焦镜的焦平面位置。

优选的，从第一狭缝和第二狭缝入射的光属于光栅决定的分析波长范围(190nm-430nm)，但不要求为同一波段，例如，从第一狭缝入射光的波段可以是200-300nm，从第二狭缝入射光的波段可以是300-400nm。

一种共用光路双通道光谱仪，所述共用光路双通道光谱仪具有上述共用光路双通道光路***。

相对于现有技术，本发明的有益技术效果在于：本发明的特定光路结构使得一台光谱仪可同时检测两个光源的光谱信息，且两个检测具有高度一致的温度特性以及高度一致的光栅、聚焦镜、准直镜和探测器的响应函数。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1本发明的共用光路双通道光路***平行光路示意图；

图2本发明的共用光路双通道光路***交叉光路示意图；

图3为本发明的共用光路双通道光路***截面示意图；

图4本发明的共用光路双通道光路***的柱透镜示意图；

图5无柱透镜的共用光路双通道光路***光斑示意图；

图6具有柱透镜的共用光路双通道光路***光斑示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

如图1-3所示，本实施例提供了一种共用光路双通道光路***，包括第一狭缝A1、第二狭缝A2、光阑B、准直镜C、光栅D、聚焦镜E、探测器F；光从第一狭缝A1、第二狭缝A2射入，经光阑B射至准直镜C，准直镜C将光反射至光栅D，光经光栅D衍射后反射至聚焦镜E，聚焦镜E将衍射后的光反射至探测器F；其中，准直镜C和聚焦镜E相邻或相接，且与光栅D大致相向，以使得光在空间上形成首尾相连的若干“∧”形轨迹。光阑的作用是限制了该光谱仪的数值孔径，在通光量和杂散光之间做的平衡考虑。

如图1所示，第一狭缝A1与第二狭缝A2平行设置以使得从第一狭缝A1入射的光的“∧”形轨迹所在的平面与从第二狭缝A2入射的光的“∧”形轨迹所在的平面相互平行，或，如图2所示，第一狭缝A1与第二狭缝A2交叉设置以使得从第一狭缝A1入射的光的“∧”形轨迹所在的平面与从第二狭缝A2入射的光的“∧”形轨迹所在的平面在空间上存在相交的至少两个平面。

根据所选定的波长范围λ₁，λ₂，分辨率选择合适的光栅刻线数，根据自己光谱仪的体积，选择合适角度φ＝α+β.其中，α，β为光栅入射角和衍射角

由

得到准直镜位置，其中，

为入射角与衍射角的和角函数。

根据探测器实际尺寸L_D和覆盖λ₁，λ₂要求，得到聚焦镜的长度

得到聚焦镜的焦距和位置，最后根据选定的放大倍数得到准直镜焦距。

示例性的，以设计光谱仪放大倍数

为例，本实例的准直镜曲率半径42mm，聚焦镜曲率半径68mm，光栅25*25mm，刻线密度1200线；光阑直径1mm，狭缝A1的波长为200-300nm，A2的波长为300-400nm，光栅定义分析波长范围190-430nm。

两个狭缝位于准直镜的焦平面位置，离轴角度为11°±1°,探测器F位于聚焦镜E的焦平面位置。

如图4所示，为增加探测器的探测灵敏度，在探测器前增加柱透镜来提高光的聚焦效果。如图5为没有柱透镜的时候，光斑在探测器上示意图。添加柱透镜后探测器上光斑示意图如图6所示，能够在一个方向上进一步将光线聚焦，以使得在竖直方向上将信号收拢至中心，从而提高每个像素上接收的信号。

实施例二

本实施例提供了一种共用光路双通道光谱仪，本实施例的共用光路双通道光谱仪采用共用实施例一所述的光路双通道光路***实现光谱测量。

以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种共用光路双通道光路***，其特征在于，包括第一狭缝(A1)、第二狭缝(A2)、光阑(B)、准直镜(C)、光栅(D)、聚焦镜(E)、探测器(F)；

光从第一狭缝(A1)、第二狭缝(A2)射入，经光阑(B)射至准直镜(C)，准直镜(C)将光反射至光栅(D)，光经光栅(D)衍射后反射至聚焦镜(E)，聚焦镜(E)将衍射后的光反射至探测器(F)；

准直镜(C)与聚焦镜(E)相邻或相接设置，且准直镜(C)和聚焦镜(E)分别与光栅(D)大致相向设置，以使得从第一狭缝(A1)或第二狭缝(A2)入射的光在空间上形成首尾相连的若干“∧”形轨迹；第一狭缝(A1)与第二狭缝(A2)平行设置以使得从第一狭缝(A1)入射的光的“∧”形轨迹所在的平面与从第二狭缝(A2)入射的光的“∧”形轨迹所在的平面相互平行，或，第一狭缝(A1)与第二狭缝(A2)交叉设置以使得从第一狭缝(A1)入射的光的“∧”形轨迹所在的平面与从第二狭缝(A2)入射的光的“∧”形轨迹所在的平面在空间上存在相交的至少两个平面。

2.根据权利要求1所述的共用光路双通道光谱仪，其特征在于，

准直镜(C)位置基于

获得，其中，α为光栅入射角，β为光栅衍射角，φ＝α+β，λ₁、λ₂为波长范围；

聚焦镜(E)的长度采用

计算，其中，L_D为探测器(F)实际尺寸，L为聚焦镜有效长度。

3.根据权利要求2所述的共用光路双通道光谱仪，其特征在于，所述共用光路双通道光路***的探测器前设置有柱透镜，以使得光被收拢至探测器(F)中心。

4.根据权利要求3所述的共用光路双通道光谱仪，其特征在于，第一狭缝(A1)和第二狭缝(A2)的离轴角度为11°±1°，探测器(F)位于聚焦镜(E)的焦平面位置。

5.一种共用光路双通道光谱仪，其特征在于，共用光路双通道光谱仪具有权利要求1-4任一所述的共用光路双通道光路***。

Images