CN1041447A

CN1041447A - 光栅全息光谱仪

Info

Publication number: CN1041447A
Application number: CN 88106853
Authority: CN
Inventors: 李润林; 秦文红
Original assignee: TEPU OPTOELECTROMIC TECHNOLOGY DEV Co BEIJING
Current assignee: TEPU OPTOELECTROMIC TECHNOLOGY DEV Co BEIJING
Priority date: 1988-09-28
Filing date: 1988-09-28
Publication date: 1990-04-18
Also published as: CN1019857B

Abstract

一种光栅全息光谱仪，集数字波面干涉仪、干涉选择振幅调制光谱仪，扫描光栅单色仪、傅立叶变换红外光谱仪的优点，可应用于紫外、可见及近红外区的光谱分析。只采用一块光栅，制作上无需考虑同步问题，灵敏度与分辨力提高。

Description

本发明涉及一种光栅光谱仪，属光学分析仪器领域。

现有的光谱仪，不能兼顾能量利用率ηE与分辨力利用率ηk，两者的乘积一般为10^-3以下，即ηE·ηk＜10^-3。其原因在于，现有光谱仪的谱线是入射狭缝的象，要充分利用分光原件的分辨力，入射狭缝就须很窄，入射缝平面上光利用率ηE就低;如果加宽入射缝，可以使光利用率ηE提高，但对应的光谱带宽也增大，分辨率ηk就会降低。如北京第二光学仪器厂生产的WFX系列原子吸收分光光度计，入射缝典型宽度为0.2毫米，光致斑宽度约3～4毫米，ηE≈5～10%，入射缝光谱带宽为0.04纳米。在Cu324.7纳米处，一块宽46毫米的光栅，理论分辨间隔为0.006纳米，ηk≈1.5%，两者积ηE·ηk≈10^-3。在单道扫描ICP光电直读光谱仪中，这个积为2×10^-3。光源的能量及分光元件的分辨力，还有很大的潜力未发挥，已成为光谱仪的一大课题。

要解决问题，须从狭缝入手，采用其它光路。卅年来，发展出干涉调制光谱仪（见苏联C、r、劳季安主编《Colfeuemmue meugemuuu tmexmuke cnckmnockonuu》），但也只在红外区域适用，而且由于需要两个光栅同步转动，实现起来很困难：

本发明的目的是设计一种新的光路，只采用一块光栅，即可获得较好的光能利用率和分辨力利用率，亦即较满意的ηE·ηk值，并可用于紫外可见近红外区的光谱分析。

本发明是通过下述技术方案来实现的：内光路由入射窗（13），准直透镜（2），衍射光栅（3），分束器（半透半反镜）（12），标准平面反射镜（5）、（6），聚光透镜（8），二极管接收面阵（11）及光电接收器（10），还包括一个可拆装的平面反射镜（9）。所述入射窗孔（13）为园孔位于透镜（2）的前焦面，所述光栅（3）可以为透射光栅也可以为反射光栅，位于入射臂上、分束器前，所述分束器（12）与主光路成45°角，所述平面反射镜（6）垂直于主光路设置，后面装有微位移器（7），反射镜（5）位于主光路的一侧与主光路成0～5″的偏角。

本发明的工作原理是：外光源将光源有效光斑成象于入射窗（13）处，经透镜（2）准直成平行光入射到光栅（13），产生色散。转动光栅，使待测波长的光沿图示方向行进，至分束器（12）分束。50%的光反射到平面反射镜（5），50%的光透射到平面反射镜（6）。自（5）、（6）反射回分束器（12）的光第二次分束，各有一半经光栅（3）、透镜（2）出窗口（13），另一半则经透镜（8）会聚。以后有三种工作状态：

a.三维波阵面方式。平面反射镜（9）不进入光路，平面反射镜（5）与主光路（14）成5″的偏角，微位移器（7）开动，二极管面阵（11）获得多幅等厚干涉条纹图，求出三维波阵面，作补偿，进入傅立叶变换，算出谱线。

b.平面相位图式。平面反射镜（9）不进入光路，平面反射镜（5）与主光路（14）成5″的偏角，微位移器不开动，二极管面阵（11）仅获一幅等厚条纹图，求出二维相位图，进入傅立叶变换，算出谱线。

c.干涉选择振幅调制式，平面反射镜（5）与主光路成0°角。将平面反射镜（9）装入光路，使其与透镜（8）的轴线成45°角，开动微位移器（7），光电倍增管（10）接收主波长交变信号。

下面结合本发明的一个最佳实例对本发明作进一步说明。附图中（2）、（8）为石英透镜。入射窗（13）直径略小于入射光斑直径。（3）为反射光栅，装在正弦驱动台（4）上。微位移器（7）为一压电陶瓷，能在高电压作用下往复平动，位移范围0～15微米，位移分辨间隔小于0.01微米。

本发明采用园孔形入射窗，提高了光的利用率。采用一块光栅，利用两个相互（近似）垂直的平面镜反射，起到了两块光栅的效果，分辨力得以提高。本发明的光斑能量利用率ηE与分辨力ηk的乘积ηE·ηk≥0.4比现有光谱仪提高二个数量级以上。本发明广采数字波面干涉仪、干涉选择振幅调制光谱仪、扫描光栅单色仪、傅立叶变换红外光谱仪的优点而成，可应用于紫外、可见及近红外区的光谱分析、适用范围广。由于只采用了一块光栅，避免了考虑多个光栅同步问题，制作上少了许多麻烦，但灵敏度却有提高。

附图说明：

图1-本发明内光路图

2-准直透镜

3-衍射光栅（反射）

4-正弦驱动台

5-平面反射镜

6-平面反射镜

7-微位移器

8-透镜

9-平面反射镜

10-光电倍增管

11-二极管面阵

12-分束器

13-入射窗

14-主光路

Claims

1、一种光栅光谱仪，其特征在于内光路由入射窗(13)，准直透镜(2)，衍射光栅(3)，分束器(半透半反镜)(12)。标准平面反射镜(5)、(6)，聚光透镜(8)，二极管接收面阵(11)及光电接收器(10)，还包括一个可拆装的平面反射镜(9)，所述入射窗(13)为园孔位于透镜(2)的前焦面，所述光栅(3)可以为透射光栅也可以为反射光栅，位于入射臂上、分束器前，所述分束器(12)与主光路成45°角。所述平面反射镜(6)垂直于主光路设置，后面装有微位移器(T)，反射镜(5)位于主光路的一侧与主光路成0～5″的偏角。

2、一种光栅光谱仪的使用方法，其特征在于有三种工作状态：

a.三维波阵面方式，平面反射镜（9）不进入光路，平面反射镜（5）与主光路（14）成5″的偏角，微位移器开动，二极管面阵（11）获得多幅等厚干涉条纹图，求出三维波阵面，作补偿，进入傅立叶变换，算出谱线。

b.平面相位图式，平面反射镜（9）不进入光路，平面反射镜（5）与主光路（14）成5″的偏角，微位移器（T）不开动，二极管面阵（11）仅获一幅等厚条纹图，求出二维相位图，进入傅立叶变换，算出谱线，

c.干涉选择振幅调制式，平面反射镜（5）与主光路成0°角，将平面反射镜（9）装入光路，使其与透镜（8）的轴线成45°角，开动微位移器（T），光电倍增管（10）接收主波长交变信号。

3、按照权利要求1的光栅光谱仪，其特征在于入射窗（13）的直径应略小于入射光斑直径。

4、按照权利要求1的光栅光谱仪，其特征在于光栅（3）最佳，为反射光栅，装在正弦驱动台上。

5、按照权利要求1的光栅光谱仪，其特征在于微位移器（T）为一压电陶瓷，能在高电压作用下往复平动，位移范围0～15微米，位移分辨间隔小于0.01微米。