CN103487144A - 消杂光能力稳定的双光栅分光系统封装结构 - Google Patents

Abstract

消杂光能力稳定的双光栅分光系统封装结构，属于光栅分光技术领域，为解决现有光栅分光仪外壳封装存在的问题，本发明第一反射镜和刻线光栅、第二反射镜、第三反射镜和刻线光栅、第四反射镜分别封装于宽波段粗略吸收腔、宽波段精细吸收腔、窄波段粗略吸收腔及窄波段精细吸收腔中；第一平行光阑置于宽波段粗略吸收腔和宽波段精细吸收腔分隔板的相交处，第一会聚光阑置于波段精细吸收腔和窄波段粗略吸收腔分隔板的相交处，第二平行光阑置于窄波段粗略吸收腔和窄波段精细吸收腔分隔板的相交处，第二会聚光阑置于窄波段精细吸收腔的光路最终岀射处，消光陷阱安装在双光栅分光系统的一次和二次散射面上；各腔体内表面以及消光陷阱内外表面均涂有黑涂料。

Description

消杂光能力稳定的双光栅分光系统封装结构

技术领域

本发明涉及消杂光能力稳定的双光栅分光系统封装结构，属于光栅分光技术领域。

背景技术

随着航天技术的迅速发展，高分辨率的单色仪和光谱仪其灵敏度都有了大幅度提高，它们对系统的杂散光抑制水平就提出了更高的要求。杂散光的危害性在于降低像面的对比度和调制传递函数值，能量分布混乱甚至形成杂散光斑点，降低目标信号的信噪比，影响测量精度。

现有高精度的单色仪大多采用双光栅四反射镜系统设计，该结构理论光谱分辨率很高，其杂散光主要来源是透射光学表面和封装壳体内壁等非光学表面的多次反射和散射。由于单色仪自身的体积结构等特点，决定了其内部不能加装一般成像系统的光阑，需要设计特殊的光阑及封装结构来适应需求。单色仪主要靠封装内壁吸收杂散光的能量，尤其在空间环境使用时，对于杂散光水平的要求非常高。

如图1所示，现有根据双光栅四反射镜系统结构设计的封装结构外壳，第一反射镜11、刻线光栅12和第二反射镜13封装于第一腔体2-1中，第三反射镜14、刻线光栅15和第四反射镜16封装于第二腔体2-2中；其内部没有其它特殊设计，消光水平有限，在黑涂料吸收率衰减严重的情况下，直接导致仪器杂散光抑制水平会不断下降，影响测量精度。因此亟需设计可以在空间环境配合稳定吸收率涂料使用，能够达到低杂散光水平的封装结构。

发明内容

本发明为解决现有光栅分光仪外壳封装结构的消光能力随黑涂料吸收率衰减程度下降较大的问题，提供了一种消杂光能力稳定的双光栅分光系统封装结构。

消杂光能力稳定的双光栅分光系统封装结构，包括宽波段粗略吸收腔、宽波段精细吸收腔、窄波段粗略吸收腔、窄波段精细吸收腔、第一平行光阑、第一会聚光阑、第二平行光阑、第二会聚光阑、锥形消光陷阱和黑涂料；第一反射镜和刻线光栅封装于宽波段粗略吸收腔中；第二反射镜封装于宽波段精细吸收腔中；第三反射镜和刻线光栅封装于窄波段粗略吸收腔中；第四反射镜封装于窄波段精细吸收腔中；将第一平行光阑置于光路与宽波段粗略吸收腔和宽波段精细吸收腔分隔板的相交处，第一平行光阑应沿着光路倾斜摆放；将第一会聚光阑置于光路与宽波段精细吸收腔和窄波段粗略吸收腔分隔板的相交处，第一会聚光阑狭缝应沿着光路倾斜摆放；将第二平行光阑置于光路与窄波段粗略吸收腔和窄波段精细吸收腔分隔板的相交处，第二平行光阑应沿着光路倾斜摆放；将第二会聚光阑狭缝置于窄波段精细吸收腔的光路最终岀射处，第二会聚光阑狭缝应沿着光路水平摆放；消光陷阱安装在双光栅分光系统的一次散射面和二次散射面上；各腔体内表面以及消光陷阱内外表面均涂有吸收率稳定的黑涂料。

所述的锥形消光陷阱采用平顶圆锥、尖圆锥中空结构，锥角30度。

所述黑涂料具有吸收稳定性。

本发明的有益效果：本发明所述的封装结构，可以配合大多数双光栅分光系统使用，其采用的多光阑多腔体的设计，有效的抑制了杂散光水平；当分光系统对宽谱段复色光分光时，只有在所需波长附近的少量杂光会和其一起通过第一平行光阑5，其余的大部分光线将在宽波段粗略吸收腔1和第一平行光阑5之内不断反射散射；消光陷阱9设计在内壁表面的一次散射面上和二次散射面上，可以大幅增加光线的反射次数，提高吸收能力，使得其对黑涂料10吸收率的变化不敏感，有助于选择稳定性更好的黑涂料10，最终使其能量消耗殆尽；通过第一平行光阑5进入宽波段精细吸收腔2的光线将会被聚光，经过如上所述的腔内吸收系统，最终经过设计在聚光镜焦点处的第一会聚光阑狭缝6的光线的杂散光水平将大幅降低；由于双光栅系统的对称性，再经过一遍如上所述的消光结构，最终出射的单色光的纯度会非常高。本发明的消杂光结构封装结构能够在外空间等特殊环境下获得稳定的杂散光消除效果。

附图说明

图1：现有双光栅分光系统封装结构示意图。

图2：本发明消杂光能力稳定的双光栅分光系统封装结构示意图。

图3：本发明所述锥形消光陷阱结构示意图。

图中：1、宽波段粗略吸收腔，2、宽波段精细吸收腔，3、窄波段粗略吸收腔，4、窄波段精细吸收腔，5、第一平行光阑，6、第一会聚光阑，7、第二平行光阑，8、第二会聚光阑，9、锥形消光陷阱，10、黑涂料（吸收率稳定），11、第一反射镜，12、刻线光栅，13、第二反射镜，14、第三反射镜、15、刻线光栅，16、第四反射镜，17、18、19、一次散射面，20、二次散射面。

具体实施方式

下面结合附图对本说明做进一步详细说明。

消杂光能力稳定的双光栅分光系统封装结构，包括宽波段粗略吸收腔1、宽波段精细吸收腔2、窄波段粗略吸收腔3、窄波段精细吸收腔4、平行光阑5、会聚光阑狭缝6、平行光阑7、会聚光阑狭缝8、锥形消光陷阱9和吸收率稳定的黑涂料10。

如图2所示，对于四镜片双光栅分光结构，将其各光学器件隔离封装在四个腔体中，具体分布如下：第一反射镜11和刻线光栅12封装于宽波段粗略吸收腔1中；第二反射镜13封装于宽波段精细吸收腔2中；第三反射镜14和刻线光栅15封装于窄波段粗略吸收腔3中；第四反射镜16封装于窄波段精细吸收腔4中。若将宽波段粗略吸收腔1和宽波段精细吸收腔2结合在一起看成一个大腔体，则整体封装结构可看成是由两个这种大腔体的错位组合，便于加工装调。

根据光路经过四个腔体的先后关系，在腔体间连接处设置与该处光束特征相对应的光阑，进行消杂散光处理，因此选择适用平行光消光的第一平行光阑5和第二平行光阑7，选择适合会聚光消光的第一会聚光阑6和第二会聚光阑8。将第一平行光阑5置于光路与宽波段粗略吸收腔1和宽波段精细吸收腔2分隔板的相交处，第一平行光阑5应沿着光路倾斜摆放；将第一会聚光阑6置于光路与宽波段精细吸收腔2和窄波段粗略吸收腔3分隔板的相交处，第一会聚光阑狭缝6应沿着光路倾斜摆放；将第二平行光阑7置于光路与窄波段粗略吸收腔3和窄波段精细吸收腔4分隔板的相交处，第二平行光阑7应沿着光路倾斜摆放；将第二会聚光阑狭缝8置于窄波段精细吸收腔4的光路最终岀射处，第二会聚光阑狭缝8应沿着光路水平摆放。

如图3所示，消光陷阱9的结构是在平顶圆锥内部挖一个尖圆锥的空腔构成，锥角30°，尺寸应配合整体结构的尺寸大小要求等比例放大缩小制造。消光陷阱9安装在双光栅分光系统的一次散射面17、18、19和二次散射面20上，可以大幅增加光线的反射次数，提高杂散光吸收能力。

对以上各腔体内表面以及消光陷阱9内外表面进行涂黑处理，应选择吸收率不高但稳定性强的黑涂料10，这样更有助于应用在外空间等条件要求苛刻的领域。

Claims (3)

1.消杂光能力稳定的双光栅分光系统封装结构，其特征是，包括宽波段粗略吸收腔（1）、宽波段精细吸收腔（2）、窄波段粗略吸收腔（3）、窄波段精细吸收腔（4）、第一平行光阑（5）、第一会聚光阑狭缝（6）、第二平行光阑（7）、第二会聚光阑狭缝（8）、锥形消光陷阱（9）和黑涂料（10）；第一反射镜（11）和刻线光栅（12）封装于宽波段粗略吸收腔（1）中；第二反射镜（13）封装于宽波段精细吸收腔（2）中；第三反射镜（14）和刻线光栅（15）封装于窄波段粗略吸收腔（3）中；第四反射镜（16）封装于窄波段精细吸收腔（4）中；将第一平行光阑（5）置于光路与宽波段粗略吸收腔（1）和宽波段精细吸收腔（2）分隔板的相交处，第一平行光阑（5）应沿着光路倾斜摆放；将第一会聚光阑（6）置于光路与宽波段精细吸收腔（2）和窄波段粗略吸收腔（3）分隔板的相交处，第一会聚光阑狭缝（6）应沿着光路倾斜摆放；将第二平行光阑（7）置于光路与窄波段粗略吸收腔（3）和窄波段精细吸收腔（4）分隔板的相交处，第二平行光阑（7）应沿着光路倾斜摆放；将第二会聚光阑狭缝（8）置于窄波段精细吸收腔（4）的光路最终岀射处，第二会聚光阑狭缝（8）应沿着光路水平摆放；消光陷阱（9）安装在双光栅分光系统的一次散射面（17）、（18）、（19）和二次散射面（20）上；各腔体内表面以及消光陷阱（9）内外表面均涂有黑涂料（10）。

2.根据权利要求1所述的消杂光能力稳定的双光栅分光系统封装结构，所述的锥形消光陷阱（9）采用平顶圆锥、尖圆锥中空结构，锥角30度。

3.根据权利要求1所述的消杂光能力稳定的双光栅分光系统封装结构，所述黑涂料（10）具有吸收稳定性。

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