CN104374474B - 一种高精度紫外光谱辐照度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高精度紫外光谱辐照度测量系统，包括紫外漫透射片、汇聚透镜组、入射狭缝、消偏振器、折反镜、紫外分光系统和线阵紫外探测器。所述紫外漫透射片是一片圆形玻璃；所述汇聚透镜组由一块凸透镜和一块凹透镜组成，两块透镜中心轴线重合，组成一个汇聚光学系统用来收集漫透射光,两块透镜前后表面均镀紫外增透膜；所述入射狭缝高度范围为1mm～40mm；所述消偏振器由两块依次放置的延迟器组合而成；所述折反镜表面镀紫外高反膜。所述紫外分光系统采用光栅分光方式。本发明可对紫外光谱辐射照度进行高精度的测量。
Description
技术领域
本发明涉及光学测试技术领域,特别是涉及一种高精度紫外光谱辐照度测量系统。
背景技术
紫外波段的辐射特性不同于可见光和红外波段，它在空间探测领域具有不可替代的优势，随着探月工程、深空探测计划、以及火星探测等计划的相继发展，受到越来越多的关注。在对紫外载荷进行标定时，紫外模拟器、紫外光源和紫外载荷需要提前进行标定。紫外光谱辐照度值是一项重要的标定值，为解决现阶段紫外天体模拟器光谱辐照度无法进行高精度计量的问题。因此建立一种紫外光谱辐照度测量系统以对紫外载荷进行高精度标定。
本高精度紫外光谱辐照度测量系统对每个分系统都提出了极高的设计和加工要求。但现有技术中紫外漫透射片一般为一片类似于毛玻璃的结构，对后方光学系统的光学能量传输效率较低。现有技术中消偏振器会出现杂光，影响之后系统的光束输出。现有技术中紫外分光系统大部分采用凹面光栅，由于入射光线和衍射光线渐的角度大，从而会引起较大的像散和慧差，影响整个测量系统的测量准确性。
发明内容
本发明的目的在于现阶段紫外天体模拟器光谱辐照度无法进行高精度计量的问题，提供了一种高精度紫外光谱辐照度测量系统，它不仅能够提高对紫外载荷光谱辐照度测量的精度，还能解决现有技术中存在的问题。
本发明公开了一种高精度紫外光谱辐照度测量系统，包括紫外漫透射片、汇聚透镜组、入射狭缝、消偏振器、折反镜、紫外分光系统和线阵紫外探测器。其特征是：
所述紫外漫透射片是一片圆形玻璃，其直径范围为Φ10mm～Φ200mm；所述汇聚透镜组由一块凸透镜和一块凹透镜组成，两块透镜中心轴线重合，组成一个汇聚光学系统用来收集漫透射光能量,两块透镜前后表面均镀200nm～400nm增透膜，透过率范围为75％～99％，其余波段透过率较低；所述入射狭缝高度范围为1mm～40mm；所述消偏振器由两块依次放置的延迟器组合而成；所述折反镜表面镀高反膜；所述紫外分光系统是采用光栅分光方式，光栅尺寸范围为15mm×15mm～100mm×100mm。
进一步的,根据权利要求所述的高精度紫外光谱辐照度测量系统，其特征在于:
所述紫外漫透射片的材料是氟化钙单晶材料，满足朗伯特性，余弦响应小于4％，其直径范围为Φ10mm～Φ200mm。
进一步的,根据权利要求1所述的高精度紫外光谱辐照度测量系统，其特征在于:
所述凸透镜的口径范围为1mm～100mm，R1面半径范围为5mm～500mm，R2面半径范围为5mm～500mm，凹透镜口径范围为1mm～100mm，R3面半径范围为5mm～500mm，R4面半径范围为1mm～100mm；两个透镜中心间距d0范围为1mm～200mm。
进一步的,根据权利要求1所述的高精度紫外光谱辐照度测量系统，其特征在于所述入射狭缝是可调节式结构，调节高度范围为1mm～50mm。
进一步的,根据权利要求1所述的高精度紫外光谱辐照度测量系统，其特征在于所述消偏振器是由两块依次放置的楔形石英晶体组成，所述两块石英晶体的中心厚度比为1：2，楔角θ范围为0.1°～10°。
进一步的,根据权利要求1所述的高精度紫外光谱辐照度测量系统，其特征在于所述折反镜的直径范围：Φ10mm～Φ100mm，所述折反镜的基底材料为熔融石英，其表面镀有高反膜，反射光谱范围覆盖200nm～400nm，光谱反射率范围为70％～98％。
进一步的,根据权利要求1所述的高精度紫外光谱辐照度测量系统，其特征在于所述紫外分光系统采用消像差全息凹面光栅分光方式，所述光栅光谱范围：200nm～400nm，光栅常数：σ＝1200g/mm，光栅尺寸范围为15mm×15mm～100mm×100mm，入射光束与出射光束夹角范围为10°～180°。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明可实现对紫外有效载荷进行高精度紫外光谱辐照度测量，解决在测量系统中存在的能量利用率低，信噪比低、测量误差大、测量精度低等问题。
(2)本发明设计巧妙，体积紧凑，重量轻，还能适用于试验外场对紫外有效载荷进行高精度紫外光谱辐照度测量。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明高精度紫外光谱辐照度测量系统示意图；
图2是本发明测量系统中汇聚透镜组第一片透镜示意图；
图3是本发明测量系统中汇聚透镜组第二片透镜示意图；
图4是本发明测量系统中消偏振器示意图；
图5是本发明测量系统中消像差全息凹面光栅工作原理示意图；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
下面参照附图对本发明的实施例进行说明。
如图1所示，一种高精度紫外光谱辐照度测量系统，主要由紫外漫透射片、汇聚透镜组、入射狭缝、消偏振器、折反镜、紫外分光系统和线阵紫外探测器组成。紫外漫透射片是一片圆形氟化钙单晶玻璃，其直径范围为Φ50mm；所述汇聚透镜组由一块凸透镜和一块凹透镜组成，两块透镜中心轴线重合，组成一个汇聚光学系统用来收集漫透射光能量，两块透镜前后表面均镀200nm～400nm增透膜，透过率大于97％；所述入射狭缝高度范围为5mm；所述消偏振器由两块依次放置的石英晶体组合而成。所述折反镜表面镀高反膜，反射光谱范围覆盖200nm～400nm，光谱反射率大于97％。所述紫外分光系统是采用光栅分光方式，光栅尺寸范围为32mm×32mm。
如图2所示，汇聚透镜组中正透镜的结构图，透镜选用材料为氟化钙，透镜对漫透射片发出的光有汇聚作用，透镜口径D1为6.2mm，透镜厚度d1为2.91mm，透镜第一面的半径R1为7.75mm，透镜第二面的半径R2为-7.75mm且均镀有在0.2μm-0.4μm内透过率大于97％的增透膜。
如图3所示，汇聚透镜组中负透镜的结构图，凹透镜选用材料为紫外石英，凹透镜前表面口径D2为6.18mm，曲率半径R3为4.61mm，透镜厚度d2为1.5mm，后表面有效口径D3为5.2mm，曲率半径R4为5.594mm，前后两面均镀有在0.2μm-0.4μm内透过率大于97％的增透膜。
如图4所示，消偏振器结构示意图，消偏振器是由依次放置的两块楔形石英延迟器(石英晶体)组合而成。两块石英晶体的中心厚度比为1：2，第一块石英晶体的厚度为d，第二块厚度为2d，楔角θ范围为0.1°～10°，第一块晶体的晶轴沿着水平方向，第二块晶体的光轴与第一块成45°并在子午平面内。其整个过程是入射光进过二向色性晶体(消偏振器)后，由于各波长具有不同的位相延迟产生了不同托偏了的椭圆偏振光，出射光束由多种偏振态的偏振光束组合而成，结果使光接近非偏振。
如图5所示，消像差全息凹面光栅工作原理示意图，入射角r从入射狭缝到光栅中心的距离，衍射角r'从光栅中心到像的距离2K从衍射光到入射光的角度。以由于入射光线和衍射光线渐的角度大，从而会引起较大的像散和慧差这一问题为基础，对光栅进行选择，经过计算试验，消像差全息凹面光栅可满足整体系统的要求。
通过采用本发明的技术方案,可实现对紫外有效载荷进行高精度紫外光谱辐照度测量，解决在测量系统中存在的能量利用率低，信噪比低、测量误差大、测量精度低等问题。本发明设计巧妙，体积紧凑，重量轻，还能适用于试验外场对紫外有效载荷进行高精度紫外光谱辐照度测量。
本发明的实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
Claims (3)
1.一种高精度紫外光谱辐照度测量系统，包括紫外漫透射片、汇聚透镜组、入射狭缝、消偏振器、折反镜、紫外分光系统和线阵紫外探测器,其特征在于：
所述紫外漫透射片是一片圆形玻璃，其直径范围为Φ10mm～Φ200mm；所述汇聚透镜组由一块凸透镜和一块凹透镜组成，两块透镜中心轴线重合，组成一个汇聚光学系统用来收集漫透射光能量,两块透镜前后表面均镀200nm～400nm增透膜，透过率范围为75％～99％，其余波段透过率较低；所述入射狭缝高度范围为1mm～40mm；所述消偏振器由两块依次放置的延迟器组合而成；所述折反镜表面镀高反膜；所述紫外分光系统是采用光栅分光方式，光栅尺寸范围为15mm×15mm～100mm×100mm；
所述凸透镜的口径范围为1mm～100mm，R1面半径范围为5mm～500mm，R2面半径范围为5mm～500mm，凹透镜口径范围为1mm～100mm，R3面半径范围为5mm～500mm，R4面半径范围为1mm～100mm；两个透镜中心间距d0范围为1mm～200mm；
所述入射狭缝是可调节式结构，调节高度范围为1mm～50mm；
所述折反镜的直径范围：Φ10mm～Φ100mm，所述折反镜的基底材料为熔融石英，其表面镀有高反膜，反射光谱范围覆盖200nm～400nm，光谱反射率范围为70％～98％；
所述紫外分光系统采用消像差全息凹面光栅分光方式，所述光栅光谱范围：200nm～400nm，刻线密度为1200g/mm，光栅尺寸范围为15mm×15mm～100mm×100mm，入射光束与出射光束夹角范围为10°～180° 。
2.根据权利要求1所述的高精度紫外光谱辐照度测量系统，其特征在于:
所述紫外漫透射片的材料是氟化钙单晶材料，满足朗伯特性，余弦响应小于4％，其直径范围为Φ10mm～Φ200mm。
3.根据权利要求1所述的高精度紫外光谱辐照度测量系统，其特征在于:
所述消偏振器是由两块依次放置的楔形石英晶体组成，所述两块石英晶体的中心厚度比为1：2，楔角θ范围为0.1°～10°。
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