CN104991243A - 一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置 - Google Patents
一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104991243A CN104991243A CN201510395560.6A CN201510395560A CN104991243A CN 104991243 A CN104991243 A CN 104991243A CN 201510395560 A CN201510395560 A CN 201510395560A CN 104991243 A CN104991243 A CN 104991243A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wavelength
- groups
- bias
- grating
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高分辨率紫外多波长光栅光谱仪装置，包括小孔光阑、高反射准直镜、高分辨平面反射光栅、三组高反射率平凹反射镜、四组光电倍增管。差分吸收激光雷达可同时接收266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号，汇聚于光栅光谱仪的小孔光阑内，由高反射准直镜准直后被高分辨平面反射光栅分光，三组高反射平凹反射镜分别放置于分光后的光路上，调节三组高反射平凹反射镜位置和角度将四波长回波信号分别聚焦于四组光电光电倍增管内，完成回波信号的光电转换。本发明可同时高效率接收四波长差分吸收激光雷达回波信号，有效抑制白天太阳辐射等强光干扰影响，实现差分吸收激光雷达多波长回波信号高信噪比提取。装置具有高光谱分辨率，选择性好，能够应用于多波长、多通道光信号的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种光谱信号检测装置，具体是涉及将高分辨率平面反射光栅、准直镜和多组高反射平凹镜、光电倍增管相组合，建立一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置，实现激光雷达尤其差分吸收激光雷达多波长回波信号的检测。
背景技术
差分吸收激光雷达是一种先进的主动遥测技术，利用待测气体在光路上不同波长的吸收特性实现大范围污染气体时空分布监测。差分吸收激光雷达回波信号包含多个波长的信号，并且含有天空背景辐射引起的散射光。因此，如何将多个波长的回波信号分离，并且有效抑制白天太阳辐射等强光干扰影响是差分吸收激光雷达技术的关键问题之一。
目前，差分吸收激光雷达多波长信号分光系统主要利用分光镜和滤光片组结构。该结构设计简单方便，并且也是最为常用的分光系统。同时滤光片结构也存在以下几种缺点：(1)滤光片在长期使用后容易老化，导致透过率下降，窄带滤光片对环境温度、湿度敏感，容易导致系统误差；(2)滤光片结构通常需要根据特定波长进行定制，对带宽进行控制，不易抑制相近波长散射光的干扰；(3)滤光片结构波长选择性较差，不易扩展为多波长和多通道信号的检测和接收。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，以一块高分辨率平面反射光栅为关键部件，将高分辨率平面反射光栅、准直镜和多组高反射平凹镜、光电倍增管相组合，提供一种高分辨率紫外多波长光栅光谱仪装置，实现激光雷达尤其差分吸收激光雷达多波长回波信号的接收和检测；该装置对温度、湿度、压力等环境变化反应不敏感，长期稳定性大大提高；该装置采用了一块高分辨率的平面反射光栅而具有高光谱分辨率，选择性好，特别适合多波长、多通道光信号检测；该装置带外抑制比大大增强，抗杂散光光干扰能力强。
本发明的技术方案为：一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置，包括：小孔光阑、高反射准直镜、高分辨率平面反射光栅、三组高反射平凹镜、四组光电光电倍增管；所述小孔光阑、高反射准直镜、高分辨率平面反射光栅、三组高反射平凹镜、四组光电倍增管具有相同的中心高，依次搭载在一块光学平板上面，并由密闭的黑色箱体密封，避免白天散射光对光栅光谱仪的光干扰；所述小孔光阑用于限制激光雷达的视场角，在满足激光雷达视场角大于激光雷达发射单元发散角的条件的情况下，尽量减少小孔光阑直径以减小天空背景光；所述高反射准直镜为一块高反射平凹镜，采用了JGS1(即熔融石英)材料，具有优良的透紫外性能，为了提高高反射准直镜的反射率，镀高反射介质膜，对紫外波段的光信号具有98％以上的反射率；所述高反射准直镜将F数为10的光束准直后使多波长光束恰好完全覆盖高分辨率平面反射光栅，充分利用高分辨率平面反射光栅面元，提高光栅光谱仪的接收效率；所述高分辨率平面反射光栅为该装置的核心部件，由于不同波长光的衍射角度不同，可以将266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号分离到不同的角度位置，所述三组高反射平凹镜和四组光电倍增管分别放置于266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号的光学路径上，并通过调整三组高反射平凹镜角度，将266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号精确会聚于四组光电倍增管内；所述三组高反射平凹镜均采用了JGS1材料，镀高反射介质膜增加反射率，对紫外波段的光信号具有98％以上的反射率；所述四组光电倍增管均采用了滨松公司生产的R7400-09型光电倍增管，有效接收口径为8mm，响应时间短，在200nm～300nm紫外波段量子效率高。
所述三组高反射平凹镜组由一块反射266nm波长光信号的直径为38mm圆形平凹镜、一块同时反射289nm、299nm波长光信号的长为76mm，宽为38mm的矩形平凹镜、一块反射316nm光信号的直径为38mm圆形平凹镜组成。
所述一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置采用4320lines/mm的高分辨率平面光栅，四波长光栅光谱仪光谱分辨率为0.5nm，光学效率达到了40％以上；该装置采用了一块高分辨率的平面反射光栅而具有高光谱分辨率，选择性好，特别适合多波长、多通道光信号检测；该装置带外抑制比大大增强，抗杂散光光干扰能力强。
所述一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置的F数需要配合激光雷达接收望远镜F数使用，使得多波长光栅光谱仪的F数等于激光雷达接收望远镜的F数。
所述一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置的焦距为600mm，可根据情况进行改变，其焦平面位于四组光电倍增管处，因此可将四波长回波信号会聚于四组光电倍增管内。
所述一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置入射光线和衍射角位于同一侧，有效减小了该装置的体积。
所述一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置对温度、湿度、压力等环境变化反应不敏感，长期稳定性大大提高。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)、本发明中各部件一体化设计，提高机械结构稳定性、可靠性，解决了因为温度和机械振动产生形变，长期稳定性大大提高。
(2)、本发明中采用高光谱分辨率光栅，光谱分辨率能够达到0.5mm，带外抑制能力较干涉滤光片大大提高，有效滤去杂散光干扰，提高了信号信噪比；多波长光栅光谱仪具有很好的选择性，特别适合多波长、多通道的光信号检测。
(3)、本发明的准直镜和反射平凹镜均采用了JGS1材料，并镀高反射介质膜提高反射率，使得准直镜和反射平凹镜的反射率达到98％以上，该装置的光学效率达到40％以上，大大优于滤光片结构的光学利用效率。
(4)、本发明采用了利特罗结构，降低成本的同时也减少了分光系统的体积。
附图说明
图1为本发明激光雷达接收光学设置系统图，其中，1为小孔光阑，2为高反射准直镜，3为高分辨率平面反射光栅，4为第一圆形平凹镜，5为矩形平凹镜，6为第二圆形平凹镜，7为第一光电倍增管，8为第二光电倍增管，9为第三光电倍增管，10为第四光电倍增管，11为黑色箱体。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。
如图1所示，一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置，包括：小孔光阑1、高反射准直镜2、高分辨率平面反射光栅3、三组高反射平凹镜、四组光电光电倍增管；所述小孔光阑1、准直镜2、高分辨率平面反射光栅3、三组高反射平凹镜、四组光电倍增管具有相同的中心高，依次搭载在一块光学平板上面，并由密闭的黑色箱体11密封，避免白天散射光对光栅光谱仪的光干扰；所述小孔光阑用于限制激光雷达的视场角，在满足激光雷达视场角大于激光雷达发射单元发散角的条件的同时，尽量减少小孔光阑直径以减小天空背景光；所述高反射准直镜2为一块高反射平凹镜，采用了JGS1(熔融石英)材料，具有优良的透紫外性能，为了提高高反射准直镜的反射率，镀高反射介质膜增加反射率，对紫外波段的光信号具有98％以上的反射率；所述高反射准直镜2将F数为10的光束准直后使多波长光束恰好完全覆盖高分辨率平面反射光栅3，充分利用高分辨率平面反射光栅3面元，提高光栅光谱仪的接收效率；所述高分辨率平面反射光栅3为该装置的核心部件，刻线数为4320lines/mm，由于不同波长光的衍射角度不同，可以将266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号分离到不同的角度位置；所述三组高反射平凹镜和四组光电倍增管分别放置于266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号的光学路径上，并通过调整三组高反射平凹镜角度，将266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号精确会聚于四组光电倍增管内；所述三组高反射平凹镜组由一块用于反射266nm波长回波信号直径为38mm的第一圆形平凹镜4、一块用于同时反射289nm、299nm波长光信号的长为76mm，宽为38mm的矩形平凹镜5、一块用于反射316nm光信号的直径为38mm的第二圆形平凹镜6组成；所述三组高反射平凹镜均采用了JGS1材料，镀高反射介质膜增加反射率，对紫外波段的光信号具有98％以上的反射率；所述四组光电倍增管分别由用于接收266nm回波信号的第一光电倍增管7、用于接收289nm回波信号的第二光电倍增管8、用于接收299nm回波信号的第三光电倍增管9、用于接收316nm回波信号的第四光电倍增管10组成；所述四组光电倍增管均采用了滨松公司生产的R7400-09型光电倍增管，有效接收口径为8mm，响应时间短，在200nm～300nm紫外波段量子效率高。
本发明工作过程：
激光雷达由接收望远镜接收266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号，接收望远镜的F数为10与光栅光谱仪相匹配，四波长回波信号经小孔光阑1后限制激光雷达系统的视场角，并由高反射准直镜2准直后在上完全覆盖高分辨率平面反射光栅3面元以提高接收效率，由于不同波长光的衍射角度不同，可以将266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号分离到不同的角度位置；调节用于反射266nm波长回波信号的第一圆形平凹镜4的角度，将266nm回波信号会聚于第一光电倍增管7中心，调节用于同时反射289nm、299nm波长光信号的矩形平凹镜5将289nm、299nm回波信号分别会聚于第二光电倍增管8、第三光电倍增管9中心，调节用于反射316nm光信号的第二圆形平凹镜6将316nm回波信号会聚于第四光电倍增管10中心。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用于限制本发明。本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知常识，凡在本发明原则和精神范围内的变换与改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置，其特征在于：包括：小孔光阑(1)、高反射准直镜(2)、高分辨率平面反射光栅(3)、三组高反射平凹镜、四组光电光电倍增管；所述小孔光阑(1)、高反射准直镜(2)、高分辨率平面反射光栅(3)、三组组高反射平凹镜、四组光电倍增管具有相同的中心高，依次搭载在一块光学平板上面，并由密闭的黑色箱体(11)密封，避免白天散射光对光栅光谱仪的光干扰；所述小孔光阑(1)用于限制激光雷达的视场角，在满足激光雷达视场角大于激光雷达发射单元发散角的条件的同时，尽量减少小孔光阑直径以减小天空背景光；所述高反射准直镜(2)为一块高反射平凹镜，采用了JGS1(即熔融石英)材料，具有优良的透紫外性能，为了提高高反射准直镜的反射率，镀高反射介质膜增加反射率，对紫外波段的光信号具有98％以上的反射率；所述高反射准直镜(2)将F数为10的光束准直后使多波长光束恰好完全覆盖高分辨率平面反射光栅，充分利用高分辨率平面反射光栅面元，提高光栅光谱仪的接收效率；所述高分辨率平面反射光栅(3)为该装置的核心部件，由于不同波长光的衍射角度不同，可以将266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号分离到不同的角度位置，所述三组高反射平凹镜和四组光电倍增管分别放置于266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号的光学路径上，并通过调整三组高反射平凹镜角度，将266nm、289nm、299nm、316nm四波长回波信号精确会聚于四组光电倍增管内；所述三组高反射平凹镜均采用了JGS1材料，镀高反射介质膜增加反射率，对紫外波段的光信号具有98％以上的反射率；所述四组光电倍增管均采用了滨松公司生产的R7400-09型光电倍增管，有效接收口径为8mm，响应时间短，在200nm～300nm紫外波段量子效率高。
2.根据权利要求1所述的一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置，其特征在于：所述三组高反射平凹镜组由一块反射266nm波长光信号的直径为38mm第一圆形平凹镜(4)、一块同时反射289nm、299nm波长光信号的长为76mm，宽为38mm的矩形平凹镜(5)、一块反射316nm光信号的直径为38mm第二圆形平凹镜(6)组成。
3.根据权利要求1所述的一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置，其特征在于：采用4320lines/mm的高分辨率平面反射光栅(3)，四波长光栅光谱仪光谱分辨率为0.5nm，光学效率达到了40％以上；该装置采用了一块高分辨率的平面反射光栅而具有高光谱分辨率，选择性好，特别适合多波长、多通道光信号检测；该装置带外抑制比大大增强，抗杂散光光干扰能力强。
4.根据权利要求1所述的一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置，其特征在于：F数需要配合激光雷达接收望远镜F数使用，使得多波长光栅光谱仪的F数等于激光雷达接收望远镜的F数。
5.根据权利要求1所述的一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置，其特征在于：焦距为600mm，可根据情况进行改变，其焦平面位于四组光电倍增管处，因此可将四波长回波信号会聚于四组光电倍增管内。
6.根据权利要求1所述的一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置，其特征在于：入射光线和衍射角位于同一侧，有效减小了该装置的体积。
7.根据权利要求1所述的一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置，其特征在于：对温度、湿度、压力等环境变化反应不敏感，长期稳定性大大提高。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510395560.6A CN104991243A (zh) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | 一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510395560.6A CN104991243A (zh) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | 一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104991243A true CN104991243A (zh) | 2015-10-21 |
Family
ID=54303079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510395560.6A Pending CN104991243A (zh) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | 一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104991243A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111089855A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-01 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种差分吸收激光雷达no2时空分布昼夜自动探测装置 |
| CN111089650A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-01 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪 |
| CN111487235A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-08-04 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于co2单拉曼管的臭氧时空差分吸收激光雷达系统及探测方法 |
| CN113484848A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-10-08 | 北京艾沃思科技有限公司 | 一种用于环境监测激光雷达高光谱分光装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101865838A (zh) * | 2010-06-22 | 2010-10-20 | 南京地质矿产研究所 | 可见光-近红外光纤光谱仪 |
| CN103471992A (zh) * | 2013-09-03 | 2013-12-25 | 华中科技大学 | 一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置及方法 |
| CN103698313A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-02 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 水汽Raman激光雷达紫外高分辨率光栅光谱仪 |
| US20140132723A1 (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-15 | Osmose Utilities Services, Inc. | Methods for calibrating a digital photographic image of utility structures |
-
2015
- 2015-07-06 CN CN201510395560.6A patent/CN104991243A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101865838A (zh) * | 2010-06-22 | 2010-10-20 | 南京地质矿产研究所 | 可见光-近红外光纤光谱仪 |
| US20140132723A1 (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-15 | Osmose Utilities Services, Inc. | Methods for calibrating a digital photographic image of utility structures |
| CN103471992A (zh) * | 2013-09-03 | 2013-12-25 | 华中科技大学 | 一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置及方法 |
| CN103698313A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-02 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 水汽Raman激光雷达紫外高分辨率光栅光谱仪 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111089855A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-01 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种差分吸收激光雷达no2时空分布昼夜自动探测装置 |
| CN111089650A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-01 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪 |
| CN111089650B (zh) * | 2019-12-25 | 2022-03-08 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种日盲区高分辨率低色散光栅光谱仪 |
| CN111487235A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-08-04 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于co2单拉曼管的臭氧时空差分吸收激光雷达系统及探测方法 |
| CN113484848A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-10-08 | 北京艾沃思科技有限公司 | 一种用于环境监测激光雷达高光谱分光装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7119059B2 (ja) | 光学フィルタおよび分光計 | |
| KR102657365B1 (ko) | 휘도 향상된 광학 이미징 송신기 | |
| CN105675576B (zh) | 一种测量大气水Raman谱和气溶胶荧光谱的激光雷达系统 | |
| US20200036959A1 (en) | Optical system with multiple light emitters sharing a field of view of a pixel detector | |
| CN104880711A (zh) | 单波长四拉曼激光雷达探测系统及探测方法 | |
| CN104991243A (zh) | 一种高分辨紫外多波长光栅光谱仪装置 | |
| CN108919301B (zh) | 一种基于单光子ccd的多波长臭氧激光雷达 | |
| CN102243106B (zh) | 一种用于激光频率测量的拍频装置 | |
| CN104180901A (zh) | 超窄带滤光片的透射率光谱测量装置及方法 | |
| CN103698313A (zh) | 水汽Raman激光雷达紫外高分辨率光栅光谱仪 | |
| CN111413710A (zh) | 一种云相态探测和识别的拉曼-偏振激光雷达系统 | |
| CN103616074B (zh) | 数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法 | |
| CN203519165U (zh) | 一种光谱仪 | |
| CN103398778A (zh) | 微型光谱仪及其制备装配方法 | |
| CN105675132A (zh) | 消像散光谱仪 | |
| CN105444882A (zh) | 实现自定标功能的八通道辐射计 | |
| CN102967560B (zh) | 双光栅共光路宽波段临边成像光谱仪系统 | |
| CN110632008A (zh) | 一种多点反射式光电气体传感器探头及光电气体检测装置 | |
| CN203465002U (zh) | 一种透射式光栅光谱仪 | |
| TW201710652A (zh) | 多波段光譜分離裝置 | |
| CN210119572U (zh) | 一种窄线宽滤波激光雷达 | |
| CN217638695U (zh) | 覆盖紫外可见近红外波段的油液发射光谱仪分光系统及装置 | |
| CN113196021A (zh) | 光谱仪设备和用于制造光谱仪设备的方法 | |
| CN105158750B (zh) | 一种激光雷达接收望远镜与光栅光谱仪同光轴校准装置及标定方法 | |
| CN205785524U (zh) | 一种基于旋转滤光片单色器的高光谱成像仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151021 |