CN100425958C - 分光镜 - Google Patents

Abstract

一种分光镜装备有一种温度补偿机构，其能可靠地减少由环境温度变化引起的光谱图象在波长色散方向上的偏移，而与分光镜的形式无关。分光镜装备有整体式支承入射件(11)、集光光学系统(13)和检测元件(15)的第一支承件(17)，用与第一支承件不同的材料制成的支承波长色散元件(14)的第二支承件(21)，和当环境温度变化时将第一支承件的收缩/膨胀量传送到第二支承件的传送件(24、25)。第二支承件包括一个当环境温度变化时、按照第二支承件自己的收缩/膨胀量与第一支承件的收缩/膨胀量之间的差别弹性变形的变形件(28)和按照变形件的弹性变形精细地旋转的旋转件(26)。上述波长色散元件这样安装在旋转件上，以使它的波长色散方向被定向为垂直于旋转件的轴线方向。

Description

分光镜

技术领域

本发明涉及一种分光镜，所述分光镜利用一种波长色散元件，如一种光栅或一种棱镜。

背景技术

利用波长色散元件的分光镜已经广泛用于各种领域如物理分析或化学分析。然而，因为通过分光镜进行的波长测量准确度由于环境温度变化的影响而可能会不稳定，所以当使用分光镜时，原则上使环境温度保持恒定不变。只要环境温度保持恒定不变，则入射在分光镜上的光的光谱图象在波长色散方向上的偏移几乎可以避免，并且可以使通过分光镜进行的波长测量准确度稳定。

然而，视环境而定，有时难以保持一种恒定不变的温度。鉴于这种情况，近年来人们已经希望这样设计分光镜，以便即使环境温度变化光谱图象也不会在波长色散方向上偏移。已经提出的装备有一种温度补偿机构的大多数分光镜采用一种凹面反射式光栅作为一种波长色散元件和一种二极管阵列作为一种用于检测光谱图象的检测器。

例如，日本专利申请公开8-254463和日本专利申请公开9-218091说明了通过这样选择一种光栅架和一个外壳的热膨胀系数以便与二极管阵列的热膨胀系数匹配，和使光栅架的形状与外壳匹配，来减少由于环境温度变化所引起的一种光谱图象偏移。

另外，日本专利申请公开2000-298066说明了通过创造性地安排夹持一光栅和一二极管阵列的方式和优化用于一光栅夹持件、一二极管阵列夹持件和一托架的定位结构，来减少由于环境温度变化而引起的光谱图象偏移。

然而，在装备有一种温度补偿机构的先有技术分光镜中所提出的上述温度补偿技术是供在利用一种凹面反射式光栅作为一种波长色散元件和用一种二极管阵列作为一种检测器的分光镜中专用的。因此，不能将上述温度补偿技术应用到其它各种类型分光镜中。如果通过任何方法将那些技术应用于一种不同方案的分光镜，则分光镜的结构将变复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种装备有一种温度补偿机构的分光镜，上述温度补偿机构能可靠地减少由于环境温度变化而引起的光谱图象在波长色散方向上的偏移，而与分光镜的形式无关。

按照本发明第一方面的分光镜包括一个入射件，一个波长色散元件，一个集光光学系统，和一个检测元件，上述入射件用于引入待测光，上述波长色散元件用于将上述来自入射件的待测光按照它的波长色散，上述集光光学系统用于将上述已由上述波长色散元件色散的待测光会聚，以便形成一种光谱图象，而上述检测元件检测上述光谱图象，其特征在于：上述波长色散元件被适应为是可旋转的，及提供一种用于按照环境温度的变化旋转上述光谱色散元件的旋转机构，以便消除由于环境温度变化而引起的上述光谱图象在波长色散方向上的偏移。

优选的是，在按照本发明第一方面所述的分光镜中，利用一种反射式光栅作为上述波长色散元件，并且上述波长色散元件每1℃温度变化的旋转量Δa用下面公式表示：

Δa＝Δs/f/(1+cos α/cosβ)，

式中Δs是上述光谱图象每1℃温度变化的偏移量，f是上述集光光学系统的焦距，α是待测光入射在上述波长色散元件上的入射角，及β是从上述波长色散元件出射的衍射光的衍射角。这里，角度α和β是从作为基准的、上述波长色散元件的光栅表面的一个法线测量的。

按照本发明第二方面的分光镜，包括一个入射件，一个波长色散元件，一个集光光学系统，一个检测元件，一个第一支承件，一个第二支承件，和一个传送件，上述入射件用于引入待测的光，上述波长色散元件用于将来自上述入射件的待测光按照它的波长色散，上述集光光学系统将上述已由上述波长色散元件色散的待测光会聚，以便形成一种光谱图象，上述检测元件检测上述光谱图象，上述第一支承件整体式支承上述入射件、上述集光光学系统和上述检测元件，上述第二支承件用与上述第一支承件不同的材料制成，它支承上述波长色散元件，而上述传送件当环境温度变化时将上述第一支承件的收缩/膨胀量传送到上述第二支承件，其中，上述第二支承件包括一个变形件和一个旋转件，上述变形件当环境温度变化时，按照从上述传送件传送的上述第一支承件的收缩/膨胀量与上述第二支承件的收缩/膨胀量之间的差别弹性变形，而上旋转件按照上述变形件的弹性变形精细地旋转，并且上述波长色散元件这样安装在上述旋转件上，以使它的波长色散方向垂直于上述旋转件的轴线方向定向。

在按照本发明第二方面的分光镜的一种优选方式中，事先安排在环境温度变化时上述旋转件的旋转角和旋转方向，以便消除上述光谱图象在波长色散方向上的偏移。

在按照本发明第二方面的分光镜的一种优选方式中，上述第二支承件是一种V形体，其中两个臂件通过一种薄形的上述变形件接合，上述两个臂件的其中之一构成上述旋转件，而上述传送件是一种构件，该构件将上述V形件和上述第一支承件二者的末端部分连接，并按上述第一支承件的收缩膨胀改变由上述两个臂件所形成的角。

在按照本发明第二方面的分光镜的一种优选方式中，上述第一支承件的线性膨胀系数ρb，上述第二支承件的线性膨胀系数ρm，上述两个臂其中之一的长度y，上述两个臂其中另一个的长度z及由上述两个臂所形成的角a，满足下列公式：

$y/z=\{A\±\sqrt{(A^2-4)}\}/2$

A＝2cos a+sin a·Δa/(ρb-ρm)

式中Δa是上述旋转件的旋转角，上述旋转角可以消除上述光谱图象每1℃环境温度变化在波长色散方向上的偏移。

附图简介

图1示出按照一个实施例的一种分光镜10的总体结构。

图2A和2B示出一种光栅架16的结构。

图3示出光栅架16的一种变形。

具体实施方式

下面，将参照各附图详细说明本发明的一个实施例。

如图1所示，按照这个实施例的一种分光镜10由一个光纤11、一个反射镜12、一个Littrow透镜13、一个光栅14、一个一维行传感器15(linesensor)、一个光栅架16和一个底座17组成。此外，一个图中未示出的光源设置在光纤11的上游中。在构成分光镜10的各光学元件(11-15)中，光纤11、反射镜12、Littrow透镜13和一维行传感器15都设置在底座17上。光栅14设置在光栅架16上，上述光栅架16设置在底座17上。

这个实施例的分光镜10是一种具有温度补偿功能的分光镜，并且它可以在-20℃-+60℃范围内的环境温度下使用。

首先，将说明各光学元件(11-15)的结构和功能，而随后将具体说明光栅架16和底座17。

光纤11是一种用于将待测光从光源(未示出)引入分光镜10内部的一种构件(比如一种单模光纤)。光纤在其光发射部分处的直径是例如10μm。光纤11对应于在权利要求书中所述的“入射件”。

反射镜12是一种用于将来自光纤11的待测光反射，以便将上述待测光导向到Littrow透镜13的光学元件。

Littrow透镜13具有一个透镜，所述透镜具有使来自反射镜12的待测光L1准直的功能和会聚来自光栅14的衍射光L3(将在后面说明)以便形成一种光谱图象的功能(Littrow透镜的焦距为例如50mm)。被Littrow透镜13准直的待测光L2被导向到光栅14，而被Littrow透镜13会聚的待测光L4被导向到一维行传感器15。Littrow透镜13对应于权利要求书中所述的“集光光学系统”。

光栅14是一种反射式平面衍射光栅，其中一维式排列大量细长的刻槽。大量刻槽排列的方向对应于光栅14的波长色散方向。光栅14根据波长使待测光L2色散，上述待测光L2是由反射镜12和Littrow透镜13从光纤11导向来的。在经过光栅14色散之后的待测光构成上述衍射光L3。光栅14对应于权利要求书中所述的“波长色散元件”。

在这个实施例中，Littrow透镜13和光栅14构成一种双侧远心光学系统。换句话说，光栅被认为是一种孔径光阑，并且它设置在Littrow透镜13的焦点位置处。

一维行传感器15具有一个光接收表面，在上述光接收表面上一维式排列大量光接收部分。一维行传感器15这样安排，以使其光接收表面与Littrow透镜的焦点位置(亦即形成一个光谱图象的位置)一致。一维行传感器15是一种用于检测Littrow透镜13所形成的光谱图象的检测元件。大量光接收部分排列的方向对应于光栅14的波长色散方向。

每个光接收部分的波长色散方向中的宽度按照用于检测光谱图象所要求的波长分辨率(例如，25μm)设计。安排在一维行传感器15光接收表面上的光接收元件数按照用于检测光谱图象所要求的波长范围这样设计，以使在整个那个波长范围内都能检测。

在使用上述光学元件(11-15)情况下，从光纤11进入分光镜10内部的待测光由Littrow透镜13准直，然后由光栅14衍射和然后返回到Littrow透镜13以便会聚。结果，一种光谱图象在一维行传感器15的光接收表面上形成，并且该光谱图象由安排在光接收表面上的光接收部分检测。

在入射到分光镜10上的待测光是单色光(具有某个单一波长的光)的情况下，光谱图象将具有一种基本上类似于光纤11的光发射部分的光点状形状。在待测光含有具有不同波长的多种类型的光的情况下，光谱图象将具有一种沿着波长色散方向延伸的形状。在某些情况下，将出现其中大量光点状光谱图象沿着波长色散方向离散式排列的情况。

如果光谱图象在行传感器15的光接收表面上在波长色散方向上偏移，则分光镜10的测量准确度变差。光谱图象在波长色散方向上的这种偏移可能会在环境温度变化时发生，并且以下原因(1)-(5)被认为是引起偏移的主要因素。

(1)Littrow透镜13焦距的变化；(2)空气折射率的变化；(3)由于光栅14的收缩/膨胀所引起的光栅常数的变化；(4)由于底座17的收缩/膨胀所引起的光纤11在波长色散方向上的偏移；及(5)绕作为中心的刻槽线方向的旋转。

然而，在上述因素(1)-(5)中，因素(1)，也就是说，Littrow透镜13焦距的变化可以通过光学设计降到实际上无关紧要的很小程度。因素(2)，也就是说，空气折射率的变化，只要环境温度的变化小至约100℃就无关紧要。换句话说，即使环境温度改变约100℃，光在空气中的波长变化的程度也可忽略不计。

因此，实际上应当考虑的引起光谱图象偏移的因素是3个因素，亦即(3)光栅14的光栅常数的变化，(4)光纤11在波长色散方向上的位置偏移，及(5)绕作为中心的槽刻线方向上的旋转。

在这个实施例中，假定分光镜10这样设计，以便当环境温度从最低温度(-20℃)到最高温度(+60℃)升高80℃时，由于上述因素(3)和(4)，光谱图象将朝较短波长侧偏移20μm。在这方面，较短波长侧是图1中箭头B所指的方向。

由于环境温度变化而引起的光谱图象的偏移基本上与温度的变化成正比。具体地说，每1℃温度变化的偏移量Δs为20μm/80℃＝0.25μm/℃。与一维行传感器15中一个光接收部分在波长色散方向上的宽度(25μm)相比，这种偏移量不可忽视。

如上所述，在入射到分光镜10上的待测光含有具有不同波长的多种类型的光情况下，光谱图象将具有一种沿着波长色散方向延伸的形状，或者发生其中大量光点状图象沿着波长色散方向离散式排列的情况。严格地说，偏移量视波长而定稍有变化。然而，这种变化是可忽略不计地小。

鉴于这种情况，在这个实施例中假定，在入射到分光镜10上的待测光中，具有所考虑波长的光(例如，中间波长的光)和具有所考虑波长附近波长的光在环境温度变化下显示相同的特性。换句话说，假定它们偏移相同的量Δs(0.25μm/℃)。

如上所述，在环境温度升高的情况下，由于上述因素(3)和(4)，光谱图象朝较短波长侧方向(箭头B所指的方向)偏移0.25μm/℃。此外，还如上所述，另一个对光谱图象的偏移起作用的因素是(5)绕作为中心的刻槽线方向的旋转。

在按照这个实施例所述的分光镜10中，光栅14这样旋转，以使由于上述因素(3)和(4)所引起的光谱图象偏移Δs(朝较短波长侧0.25μm/℃)被消除。用于旋转光栅14的机构(光栅架16和底座17)将在后面详细说明。

当光栅14绕刻槽线方向(亦即垂直于图1图纸平面的方向)旋转时，从光栅14出射的衍射光L3被偏转，因此光谱图象在一维行传感器15的光接收面上在波长色散方向上偏移。

在这方面，当光栅14朝待测光L2入射到光栅14上的入射角α减小的方向(亦即图1中箭头C所指的方向)旋转时，光谱图象随着这种旋转而朝较长波长侧(与箭头B所指方向相反的方向)偏移。这是一种消除由上述因素(3)和(4)所引起的偏移Δs的偏移。上述入射角α是从光栅14的法线14a测量的。

通常，光栅14是反射式的，并且在那种情况下，可以消除偏移Δs(＝0.25μm/℃)的光栅旋转角Δa，可以由使用Littrow透镜13的焦距f、入射在光栅14上的待测光L2的入射角α和从光栅14出射的衍射光L3的衍射角β的下面公式(1)表示，此处衍射角β也是从光栅14的法线14a测量的。

Δa＝Δs/f/(1+cosα/cosβ)           …(1)

上述公式(1)在假定空气内光的波长变化可忽略不计时有效。光栅14的旋转角Δa是每1℃温度变化所需的旋转角。

用上述公式(1)计算得到的特定光谱旋转角Δa是Δa＝2.76×10^-6弧度/℃，其中Δs＝0.25μm/℃，f＝50mm，α＝70°，β＝65°。α和β值是有关具有所考虑波长的光(例如具有中间波长的光)的角度。

按照以上所述，当环境温度变化时，通过将光栅14朝入射角α减小的方向(亦即朝箭头C所指的方向)旋转上述旋转角Δa，能够消除由上述因素(3)和(4)引起的光谱图象偏移Δs。

下面，将详细说明用于旋转光栅14的机构(亦即光栅架16和底座17)。这种机构的特征在于：它利用底座17和光栅架16之间线性膨胀系数的差别。

底座17整体式支承光纤11、反射镜12、Littrow透镜13和一维行传感器15。底座17对应于权利要求书中所述的“第一支承件”。在这个实施例中，底座17用一种铝合金制造，所述铝合金具有一线性膨胀系数ρb(＝24.3×10^-6/℃)。

当环境温度变化时，底座17按照它的线性膨胀系数ρb收缩或膨胀。与此相关，设置在底座17上的光纤11、反射镜12、Littrow透镜13和一维行传感器15的相对位置关系在角度关系保持固定不变情况下各向同性地变化。

如图2A和2B中所示，光栅架16由一个V形件21及接合件24和25组成，上述V形件用于支承光栅14，而上述接合件24和25用于将V形件21的两个末端部分22和23与底座17接合在一起。图2A是上视图，而图2B是侧视图。在图2B中，相应于V形件21的部分用半色调点表示。

在这个实施例中，光栅架16用一种铝合金制造，所述铝合金具有一个线性膨胀系数ρm(＝23.6×10^-6/℃)。光栅架16的V形件21对应于权利要求书中所述的“第二支承件”。接合件24和25对应于“传送件”。

当环境温度变化时，光栅架16按照它的线性膨胀系数ρm收缩或膨胀。因为光栅架16的线性膨胀系数ρm与底座的线性膨胀系数ρb不同，所以由环境温度变化所引起的收缩/膨胀量在光栅架16和底座17之间不同。

这里，将更详细说明V形件21。

V形件21由两个臂件26和27组成，上述两个臂件26和27通过一个可弹性变形的薄变形件28接合。此外，如上所述，V形件分别通过接合件24和25在其两端部分22和23处与底座17接合。V形件21的末端部分22和23是类似于上述变形件28的可弹性变形的薄变形件。

因此，当底座17随着环境温度变化按照它的线性膨胀系数ρb收缩或膨胀时，底座的收缩/膨胀量通过接合件24和25传送到V形件21上。具体地说，接合件24和25之间的距离改变一个相应于基底座17收缩/膨胀的量，并且V形件21两个末端部分22和23之间的距离也改变了。

V形件21的两个末端部分22和23及变形件28按照它们自己的收缩/膨胀量与底座17的收缩/膨胀量之间的差值弹性变形。所有这些弹性变形都被弯曲角的一变化吸收。此外，V形件21的臂件26和27按照它们自己的线性膨胀系数ρm收缩或膨胀。

这里，令“I”是V形件21其中一个末端部分22的中心，“K”是另一个末端部分23的中心和“J”是变形件28的中心，则由环境温度变化所引起的V形件21的变形将通过集中注意于三角形IJK(在图3中示出)而进行考虑，上述三角形是通过连接三个中心I、J、K得到的。换句话说，将考虑三角形IJK的变形。

当环境温度变化时，三角形IJK的边IK的长度(亦即二个末端部分22和23之间的距离)按照底座17的收缩/膨胀量变化。另一方面，另外两边的长度，亦即边IJ的长度(亦即臂件27的长度)和边JK的长度(亦即臂件26的长度)按照它们自身的收缩/膨胀量或V形件21的收缩/膨胀量变化。

因此，在环境温度变化之后的三角形I′J′K′是与原始三角形IJK的图不同的。而且，顶角a′(亦即角I′J′K)与顶角a(亦即角IJK)不同。在这方面，顶角a′和顶角a代表变形件28的弯曲角。变形件弯曲角(顶角a→a′)变化是一种弹性变形。

而且，当三角形IJK的顶角a按照变形件28的弹性变形变化时，形成顶角a的两边JK和JI(亦即臂件26和臂件27)所形成的角变化。因此，边JK和JI精细地旋转。这种精细旋转的轴线垂直于由三角形IJK所限定的平面(亦即平行于图纸平面的平面)。

此外，当环境温度升高时三角形IJK的边JK的精细旋转的方向(旋转方向)与图1中箭头C所表示的方向(亦即入射角α减小的方向)一致。这可以通过考虑到它自己的线性膨胀系数ρm小于底座17的线性膨胀系数ρb及三角形IJK的顶角a随环境温度的增加而增加的事实来理解。

因此，光栅14将是这样安装在V形件21的一个臂件26上，以便将波长色散方向定向为垂直于臂件26的轴向方向(亦即垂直于图纸平面的方向)。因此，光栅14的刻槽线方向变得平行于臂件26的轴向方向。

臂件26和光栅14利用例如一种具有弹性的胶粘剂接合，以便它们之间的线性膨胀系数之间的差别不会造成偏转。V形件21的臂件26对应于权利要求书中所述的“旋转件”。

照这样安装在臂件26上的光栅14总是与臂件26一起绕光栅的刻槽方向精细地旋转。此外，当环境温度升高时，光栅14朝入射角α减小的方向(亦即箭头C所指的方向)精细地旋转。

可以消除由上述因素(3)和(4)所引起的光谱图象偏移Δs(＝0.25μm/℃)的、光栅14的旋转角Δa，亦即当环境温度变化1℃时所需的旋转角Δa用上述公式(1)表示，并且Δa的特定值是2.76×10^-6弧度。

因此，如果支承光栅14的、V形件21的臂件26被适应为每1℃温度变化旋转上述旋转角Δa，则光栅14将实际上旋转上述旋转角Δa。

令Δa＝a ′-a(Δa：每1℃温度变化的臂件26旋转角)，则旋转角Δa、底座17的线性膨胀系数ρb、光栅架16的线性膨胀系数ρm、臂件26(或边JK)的长度y、臂件27(或边JI)的长度z及两臂件26和27之间所形成的角度a或角度IJK满足下面公式(2)和(3)。

$y/z=\{A\±\sqrt{\mathrm{}}(A^2-4)\}/2\·\·\·\left(2\right)$

A＝2cos a+sin a·Δa/(ρb-ρm)        …(3)

通过将按照这个实施例所述分光镜的特定数值(a＝90°，Δa＝2.76×10^-6弧度，ρb＝24.3×10^-6/℃和ρm＝23.6×10^-6/℃)代入方程(2)和(3)，得到参数A的值为A＝3.94，并因此，得到臂件26(或边JK)的长度与臂件27(或边JI)的长度之比(y/z)为y/z＝3.67(或1/3.67)。

通过根据所得到的结果确定臂件26和27(或边JR和JI)的长度y、z，并这样安排V形件21以使臂件26和27形成一个90°的角度，可以实现使臂件26朝箭头C所指的方向精细旋转上述每1℃环境温度升高的旋转角Δa。

结果，安装在臂件26上的光栅14也朝箭头C所指的方向(亦即入射角α减小的方向)旋转上述每1℃环境温度升高的旋转角Δa。因此由上述因素(3)和(4)所引起的光谱图象的偏移Δs(朝较短波长方向0.25μm/℃)可以被消除。

在按照这个实施例所述的分光镜10中，当环境温度变化时，底座17和光栅架16(或V形件21)收缩或膨胀不同的量，并且光栅14按照该收缩/膨胀量的差值精细地旋转一预定的角度，以便确实消除光谱图象在波长色散方向上的偏移。因此，即使当环境温度变化时，也能使光谱图象在一维行传感器15的光接收表面上的位置保持在相同位置处。

因此，即使当难以保持分光镜10的环境温度恒定和环境温度变化在-20℃-+60℃范围内，也可以使待测光的光谱测量能具有稳定的测量准确度。

此外，因为在分光镜中不需要特殊的环境温度控制装置或提供一种环境温度控制功能，所以能实现一种价格便宜和使用方便的分光镜10。

而且，在按照这个实施例所述的分光镜10中，因为采用一种一维行传感器15作为用于接收光谱图象的元件，所以即使是在光栅14固定的状态下，也可以同时接收多种波长的光谱图象。换句话说，当待测光含有多种不同波长的光时，也可以很容易逐个波长地测量待测光的强度。

这种分光镜10优选的是在一种波分复用(WDM)光通信系统中用作这样一种装置，所述装置用于分离从一种半导体激光形式的光源(其中预定的多种频率的光被多路复用)(比如1.5μm频带)发射的光和用于监测每个频率的强度特性(亦即波长监测器)。

一般，光通信设备需要在苛刻的环境温度条件下运行。当将按照这个实施例所述的分光镜10用作一种波长监测器，并把由分光镜10所得到的测量结果反馈到半导体激光器上时，就能够使从半导体激光器发出的光强度对每个波长都保持恒定，以便即使环境温度变化也能实现稳定的光通信。

尽管已经参照利用反射式衍射光栅的一种分光镜10说明了上述实施例，但本发明也可以应用于一种利用一个透射式衍射光栅的分光镜。而且，本发明也可以应用于一种利用单个凹面衍射光栅代替平面衍射光栅和Littrow透镜的分光镜。更进一步地，可以分别设置一准直光学系统和一聚光光学系统来代替一Littrow透镜。准直光学系统和聚光光学系统可以是折光系统或者是反射系统。尽管用了一种光栅(亦即衍射光栅)作为波长色散元件，但也可以用一种棱镜。

本发明可以容易地应用于上述各种类型分光镜中的任何一个。具体地说，可以只通过将一种分光镜的波长色散元件安装在类似于上述臂件26的旋转件上，来消除光谱图象在波长色散方向上的偏移。因此，装备有按照本发明的温度补偿功能的分光镜结构将不会变得复杂。

然而，当一种波长色散元件安装在一个旋转件上时，必需使波长色散元件垂直于旋转件的轴向方向。此外，还必需适当地选择各种参数，如包括该旋转件的一支承件(对应于V形件21)的线性膨胀系数ρm和用于支承该波长色散件之外的各构件(光纤等)的底座的线性膨胀系数。此外，优选的是在设计单独分光镜时，对温度补偿所需的波长色散元件的旋转角Δa确定一个最佳值。

尽管在上述实施例中利用一种一维行传感器15作为一种用于检测光谱图象的元件，但也可以用一种发射狭缝(emission slit)和一种检测器代替一维行传感器15。发射狭缝(检测元件)具有一个细长的孔径，上述孔径这样设置，以便与光谱图象形成的位置一致。因此，光谱图象已透过孔径的一部分图象被检测器接收。

在这样的安排中，各种具有不同波长的光可以通过沿着波长色散方向移动发射狭缝和检测器或者绕一个垂直于波长色散方向的轴旋转波长色散元件进行测量。具有这种结构的分光镜也优选地可以用作上述一种波分复用(WDM)光通信系统中的波长监测器。

另外，尽管用了一种光纤11作为用于使待测光进入分光镜10的入射件，但也可以用一种入射狭缝代替光纤11。该入射狭缝具有一个细长的孔径。

尽管在上述实施例中，Littrow透镜13和光栅14构成一双侧远心光学系统，但本发明不限于这种特征。本发明也可以应用于其中Littrow透镜13和光栅14不处于远心状态的结构。

尽管在上述实施例中，使用一种反射式光栅，但本发明也可以应用于采用一种透射式光栅的结构。

如上所述，本发明可以提供一种具有温度补偿机构的简单分光镜，上述温度补偿机构能可靠地减少由于环境温度变化而引起的光谱图象在波长色散方向上的偏移，而与分光镜的形式无关。

Claims (13)

1.一种分光镜装置，包括：

一个波长色散元件，具有一个或多个波长成分的光从一个入射件入射在所述波长色散光件上，用于对所述光施加分光作用；

一个第一支承件，所述第一支承件间接支承所述波长色散元件；

一个第二支承件，所述第二支承件设置在所述波长色散元件和所述第一支承件之间，以便连接所述波长色散元件和所述第一支承件，以及

传送件，其当环境温度变化时将所述第一支承件的收缩/膨胀量传送到所述第二支承件，

其中所述第二支承件包括一个变形件和一个旋转件，所述述变形件当环境温度变化时，按照从所述传送件传送的所述第一支承件的收缩/膨胀量与第二支承件的收缩/膨胀量之间的差别弹性变形，而旋转件按照所述变形件的弹性变形精细地旋转设置在其上的波长色散元件。

2.一种分光镜装置，包括：

一个波长色散元件，具有一个或多个波长成分的光从一个入射件入射在所述波长色散元件上，用于对所述光施加分光作用；

一个第一支承件，所述第一支承间接支承所述波长色散元件；

一个第二支承件，所述第二支承件支承所述波长色散元件；及

一个传送件，所述传送件设置在所述第一支承件和第二支承件之间，以便当环境温度变化时将所述第一支承件的收缩/膨胀量传送到所述第二支承件上；

其中所述第二支承件包括一个变形件和一个旋转件，所述变形件当环境温度变化时，按照从所述传送件传送的所述第一支承件的收缩/膨胀量与所述第二支承件的收缩/膨胀量之间的差别弹性变形，而所述旋转件按照所述变形件的弹性变形精细地旋转，所述波长色散元件安装在所述旋转件上。

3.按照权利要求2所述的分光镜装置，其中所述第二支承件是一个V形件，在所述V形件中两个臂件通过一种薄形的所述变形件接合，以便整体形成一种V形形状，由所述两个臂件所形成的角按照所述第一支承件和所述V形件的收缩/膨胀变化。

4.按照权利要求3所述的分光镜装置，其中所述第一支承件的线性膨胀系数ρb、所述第二支承件的线性膨胀系数ρm、所述两个臂件其中之一的长度y、所述两个臂件其中另一个的长度z及所述两个臂件所形成的角a，满足下列公式：

$y/z=\{A\±\sqrt{(A^2-4)}\}/2$

A＝2cosa+sin a·Δa/(ρb-ρm)

式中Δa是所述旋转件的旋转角，该旋转角可以消除所述光谱图象在每1℃环境温度变化时在所述波长色散方向上的偏移。

5.按照权利要求1-4中任何一个所述的分光镜装置，还包括一个集光光学系统，所述集光光学系统将已经过所述分光作用的光会聚，以便形成一个光谱图象，其中所述旋转件的旋转角和旋转方向被事先安排，以便消除所述光谱图象由环境温度变化而引起的在波长色散方向上的偏移。

6.按照权利要求5所述的分光镜装置，其中所述旋转件被适应为根据对所述分光镜在没有该旋转件情况下事先测得的相对于环境温度变化的偏移量，来消除所述光谱图象在波长色散方向上的偏移。

7.按照权利要求1-4和6中任何一个所述的分光镜装置，其中所述波长色散元件这样安装在所述旋转件上，以便它的波长色散方向被定向为垂直于所述旋转件的轴线方向。

8.按照权利要求5所述的分光镜装置，其中所述波长色散元件这样安装在所述旋转件上，以便它的波长色散方向被定向为垂直于所述旋转件的轴线方向。

9.按照权利要求1-4中任何一个所述的分光镜装置，还包括：

一个入射件，所述入射件用于使具有至少一个波长的光进入所述波长色散元件；及

一个准直光学系统，所述准直光学系统用于将来自所述入射件的光准直，以便使光进入所述波长色散元件，

其中所述入射件和所述准直光学系统由所述第一支承件支承。

10.按照权利要求9所述的分光镜装置，还包括：

一个聚光光学系统，所述聚光光学系统用于将已经过波长色散元件分光作用的光会聚以形成光谱图像；及

一个光接收元件，所述光接收元件用于接收所述光谱图象，

其中所述集光光学系统和所述光接收元件由所述第一支承件支承。

11.按照权利要求10所述的分光镜装置，其中所述准直光学系统和所述集光光学系统包括至少一个共用透镜。

12.按照权利要求10所述的分光镜装置，其中所述光接收元件是一个一维行传感器。

13.按照权利要求10所述的分光镜装置，其中所述光接收元件包括多个光接收部分，所述多个光接收部分被安排在一个表面上，光谱图象由集光光学系统形成在所述表面上，并且入射在每个光接收部分上的光具有不同的波长。

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