CN103018807B - 一种制备可变闪耀光栅的拼接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可变闪耀光栅的拼接制备方法，根据设计要求的光谱波段、所用光谱测量用光源和探测器的光谱响应，选择两片或两片以上具有不同闪耀波长的光栅，在一台光谱仪设备中进行拼接，可以拓展单一闪耀光栅的有效光谱范围。本发明创造性地提出了使用多片不同闪耀光栅拼接成可变闪耀光栅的技术方案，实现了宽谱段的分光器件，解决了微型CCD光谱仪无法覆盖宽谱段(200-1100nm)的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种可变闪耀光栅的拼接制备方法，属于光谱学、光谱仪器及测量技术领域。
背景技术
闪耀光栅是光栅型光谱仪的重要分光器件。闪耀光栅通过对刻蚀角度的选择，能够将入射光的能力集中在所需的光谱波段。因而，比之普通的平面光栅，包括刻划光栅和全息光栅，使用闪耀光栅能够极大地增强特定波段光谱检测的效率。同时，由于单缝衍射包络线的调制，闪耀光栅所增强的波段范围不是任意的。一般来说，把一片光栅的光栅效率大于30%的波段作为有效的光谱波段。
现有的应用面最广泛的微型光谱仪使用CCD作为探测器，一次性探测所需光谱波段。在此类光谱仪的设计中，根据探测器种类的不同，一般将200-1100nm划为一个波段，使用硅探测器；将900-2500nm划为一个波段，使用InGaAs探测器。以200-1100nm波段为例说明。单一闪耀光栅的有效光谱波段有限，不能一次性覆盖200-1100nm波段。以300线，250nm闪耀的光栅为例，其有效光谱范围覆盖200-950nm。只有解决光栅的效率范围问题，才能够解决微型光谱仪的探测范围问题。因而，寻求合适的闪耀光栅，成为此领域研究关注的热点。
发明内容
本发明目的是提供一种可变闪耀光栅的制备方法，以实现具有更宽有效光谱波段的闪耀光栅。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可变闪耀光栅的拼接制备方法，包括下列步骤：
1.一种制备可变闪耀光栅的拼接方法，其特征在于包括如下具体步骤：
(1)根据实际使用波段选择两种或两种以上（可变）闪耀波长，保证在实际使用波段范围内总有一种闪耀光栅的光栅效率大于30%。
(2)结合光谱测量光源的效率曲线，以及探测器的响应曲线，确定不同闪耀波长光栅的面积比例，以使不同波段综合探测效率趋于平均。
(3)将第一片闪耀光栅固定安装在具有C-T光路的光谱仪光栅座上，使用具有较多特征辐射峰的光源，例如汞灯光源，做为输入光，调整闪耀光栅的角度与光栅座仰角，使得在光谱成像面成像的分立特征谱线与线性探测器CCD重合。
(4)然后安装第二片闪耀光栅，通过微调光栅的角度，确保第二片光栅和第一片光栅在光谱成像面成像的特征谱线完全吻合。
(5)如果还有更多闪耀光栅，重复步骤(3)，使得所有安装的光栅在光谱成像面成像的特征谱线完全吻合。
(6)在多片光栅接缝处填涂亚光炭黑胶，以消除光栅边界杂散光的影响。
由于上述技术方案的应用，本发明所制备的可变闪耀光栅与现有闪耀光栅相比具有下列优点：
现有闪耀光栅仅能针对单一波段进行闪耀。由于光栅单缝衍射包络线的调制，现有闪耀光栅的单一闪耀波段不能覆盖较宽的光谱范围。在200-1100nm硅探测器的灵敏范围内，无法通过现有闪耀光栅，提供适用的光栅器件。如若使用全息光栅，虽然可以解决有效波段的问题，但是，其带来的缺陷是总体光栅效率远低于闪耀光栅。本发明创造性地提出了拼接两种或更多（可变）不同闪耀光栅的技术方案，通过多种闪耀光栅闪耀波段的相互叠加，实现了一个更宽的有效光谱波段，从而解决了微型光谱仪无法探测全硅波段200-1100nm或900-2500nm的技术问题。
附图说明
附图1是实施例一中两种闪耀光栅的光栅效率曲线图；
附图2是实施例一中卤素灯和氘灯光源辐射曲线图；
附图3是实施例一中背照式硅探测器光谱响应图；
附图4是实施例一中两种不同闪耀光栅的布置及面积比例示意图；
附图5是实施例一中使用可变闪耀光栅设计的微型光谱仪采集的氘卤素光源光谱。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：一种制备适用于200-1100nm范围可变闪耀光栅的拼接方法，其特征在于包括如下具体步骤：
(1)为了使有效波段能够覆盖200-1100nm范围，选择300线、250nm闪耀和300线、640nm闪耀的两种闪耀光栅进行拼接。如附图1所示，第一种光栅的有效范围覆盖200-950nm，第二种光栅的有效范围覆盖400-1100nm。
(2)在200-1100nm波段，一般使用氘卤素光源作为光谱测量光源。氘灯提供200-400nm（紫外）光谱辐射，卤素灯提供400-1100nm（可见-近红外）光谱辐射。一方面，光源的氘灯能量远低于卤素灯能量，另一方面，卤素灯在400-1100nm范围内的辐射也不均匀。参见附图2。同时，背照式硅探测器在紫外的灵敏度也不如可见和近红外的灵敏度，如附图3所示。为了尽量增强光谱仪紫外光的灵敏度，选择250nm闪耀波长光栅的面积比640nm闪耀波长光栅的面积大一倍。
(3)将第一片闪耀光栅（250nm闪耀）固定安装在具有C-T光路的光谱仪光栅座上，使用具有较多特征辐射峰的光源，例如汞灯光源，做为输入光，调整闪耀光栅的角度与光栅座仰角，使得在光谱成像面成像的分立特征谱线与线性探测器CCD重合。
(4)然后安装第二片闪耀光栅（640nm闪耀），通过微调光栅的角度，确保第二片光栅和第一片光栅在光谱成像面成像的特征谱线完全吻合。在调试过程中，主要使用汞灯546nm、577nm等一阶谱线和730nm、809nm等二阶谱线作为调节重合的参考。完成调试的可变闪耀光栅布置图如附图4所示。
(5)如果还有更多闪耀光栅，重复步骤(3)，使得所有安装的光栅在光谱成像面成像的特征谱线完全吻合。
(6)在两片光栅接缝处填涂亚光炭黑胶，以消除光栅边界杂散光的影响。
最终，通过使用本发明所制备的可变闪耀光栅，获取的氘卤灯辐射光谱（200-1100nm）如附图5所示。从图中可以看出，虽然氘卤灯在紫外至近红外的辐射本身非常不均匀，但是使用了可变闪耀光栅的光谱仪采集的光谱辐射非常的均匀。光谱在656nm的特征辐射线是氘灯的特征辐射线。
Claims (1)
1.一种制备可变闪耀光栅的拼接方法，其特征在于，为了使拼接后形成的有效波段能够覆盖200-1100nm范围，包括如下具体步骤：
(1)根据实际使用波段选择两种以上闪耀波长，保证在实际使用波段范围内总有一种闪耀光栅的光栅效率大于30%；
(2)结合光谱测量光源的效率曲线，以及探测器的响应曲线，确定不同闪耀波长光栅的面积比例，以使不同波段综合探测效率趋于平均；
(3)将第一片闪耀光栅固定安装在具有Czerny-Turner光路的光谱仪光栅座上，使用汞灯光源作为输入光，调整闪耀光栅的角度与光栅座仰角，使得第一片闪耀光栅在光谱成像面成像的分立特征谱线与线性探测器CCD重合；
(4)然后安装第二片闪耀光栅，通过微调光栅的角度，确保第二片光栅和第一片光栅在光谱成像面成像的特征谱线完全吻合；
(5)如果还有更多闪耀光栅，重复步骤(3)，使得所有安装的光栅在光谱成像面成像的特征谱线完全吻合；
在多片闪耀光栅接缝处填涂亚光炭黑胶，以消除光栅边界杂散光的影响。
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