CN108254930A - 色散分光型滤光方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种色散分光型滤光方法及装置,涉及光学技术领域,该装置在沿光的传播方向依次包括:入射光学接口、第一色散元件、第一聚焦镜、波长选通元件、第二准直镜、第二色散元件和出射光学接口;从入射光学接口射入的平行光经第一色散元件分光后变成异向单色平行光;不同波长的单色平行光经由第一聚焦镜聚焦后射入到波长选通元件的不同位置,经由波长选通元件空间滤光后对出射发散光进行准直和反向色散合束,最终变成复合平行光从出射光学接口射出。本发明提供的色散分光型滤光方法及装置实现了空间型滤光处理,对要保留的光波段不存在材料穿透吸收过程,因此通带波段可以延伸到短波紫外及以下波段,同时提高了相关光学元件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域,尤其是涉及一种色散分光型滤光方法及装置。
背景技术
滤光片是用来选取所需辐射波段(所需波长范围)的主要光学器件,即选取(保留)所需的波段、滤除(去掉)干扰或无益波段。从原理上来看,当前滤光片主要分为材料吸收型和薄膜干涉型两大类。
材料吸收型滤光片主要是在各种玻璃(固态透光基质)中掺杂一定比例的金属氧化物,利用掺杂材料的吸光特性对相应波段的光进行物理吸收截留下来,其余波段的光则透过滤光片。目前国际上紫外透射波长下限值最小的吸收型滤光片的下限截止波长能做到约230nm,即低于230nm的短波紫外光全都无法透过。由于可利用的掺杂材料几乎都对短波紫外(UVC,波长约为280-190nm)及以下波段的光有着一定程度的吸收,故而材料吸收型滤光片的透射波段难以做到230nm以下。
薄膜干涉型滤光片是在固态透光基材上交替镀上多层干涉薄膜,利用薄膜干涉效应使得一些特定波长范围内的光可以透过滤光片,另一些波段的光被反射掉,从而实现选择性滤光处理。薄膜干涉型滤光片对光进行处理的过程中,无论是反射还是透射光线均需多次穿过不同的膜层以此产生光程差(相位差),由于可利用的薄膜材料几乎都对短波紫外及以下波段的光有着一定程度的吸收,故而在短波紫外及以下波段中照射到干涉型滤光片上的光有三种不同的去向,即:透过、反射和被膜层吸收。对于干涉型滤光片,透射光和反射光均可以以不同的方式加以利用(如用作二向分光滤光片),但被吸收的那一部分光则被损失掉。在短波紫外及以下波段,由于膜层材料的吸收缘故,极少有干涉型滤光片能将反射或是透射光波段范围做到210nm以下。紫外通带下限做不下去的主要原因是经过干涉型滤光片处理以后,更短波长的光既不能被反射也不能被透过,而是全部被膜层材料吸收掉。
综上,由于掺杂材料和膜层材料对短波紫外及以下波段光的吸收,现有的材料吸收型和薄膜干涉型滤光片均难以对210nm以下的短波紫外光进行有效保留处理,另外这些被吸收掉的光能由于长期在吸光材料上积聚无法释放,会进一步导致吸光材料发生化学变性,进而影响滤光片的使用寿命。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种色散分光型滤光方法及装置,以实现短波紫外及以下波段的波长选通,提高相关光学元件的使用寿命。
第一方面,本发明实施例提供了一种色散分光型滤光方法,所述方法包括:
对入射平行光进行色散分光,得到异向单色平行光;所述异向单色平行光包括传播方向与波长对应的多种单色平行光;
将不同波长的所述单色平行光聚焦到不同位置,并进行空间型滤光;
对滤光后的出射发散光进行准直和反向色散合束,得到滤光后的复合平行光。
结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式,其中,所述对入射平行光进行色散分光,得到异向单色平行光之前,所述方法还包括:
对入射光进行准直,得到所述入射平行光;
所述对滤光后的出射发散光进行准直和反向色散合束,得到滤光后的复合平行光之后,所述方法还包括:
对所述滤光后的复合平行光进行聚焦,得到滤光后的出射会聚光。
第二方面,本发明实施例还提供一种色散分光型滤光装置,沿着光的传播方向依次包括:入射光学接口、第一色散元件、第一聚焦镜、波长选通元件、第二准直镜、第二色散元件和出射光学接口;
从所述入射光学接口射入的入射平行光,经由所述第一色散元件色散分光变成异向单色平行光,所述异向单色平行光包括传播方向与波长对应的多种单色平行光;不同波长的所述单色平行光经由所述第一聚焦镜聚焦后射入到所述波长选通元件的不同位置,经由所述波长选通元件空间型滤光后到达所述第二准直镜,再先后经由所述第二准直镜准直和所述第二色散元件反向色散合束,变成复合平行光从所述出射光学接口射出。
结合第二方面,本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式,在所述入射光学接口和所述第一色散元件之间还设置有第一准直镜,在所述出射光学接口和所述第二色散元件之间还设置有第二聚焦镜;
入射光从所述入射光学接口射入,经由所述第一准直镜准直后变成所述入射平行光;所述复合平行光经由所述第二聚焦镜聚焦后汇聚到所述出射光学接口中,并从所述出射光学接口射出。
结合第二方面的第一种可能的实施方式,本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式,所述第一色散元件和所述第二色散元件为两个分立元件或同一元件;所述第一聚焦镜和所述第二准直镜为两个分立元件或同一元件;所述第一准直镜和所述第二聚焦镜为两个分立元件或同一元件。
结合第二方面的第二种可能的实施方式,本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式,所述第一色散元件和所述第二色散元件为同一元件;所述第一聚焦镜和所述第二准直镜为同一元件;所述第一准直镜和所述第二聚焦镜为上下堆叠设置的两个分立元件。
结合第二方面的第三种可能的实施方式,本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式,所述色散分光型滤光装置的色散分光光路和反色散合束光路均采用交叉式切尼-特纳C-T结构或者均采用M型C-T结构。
结合第二方面及其第一种和第二种中任一可能的实施方式,本发明实施例提供了第二方面的第五种可能的实施方式,所述第一色散元件和所述第二色散元件均包括以下任一种:反射型光栅、透射型光栅和棱镜。
结合第二方面及其第一种至第四种中任一可能的实施方式,本发明实施例提供了第二方面的第六种可能的实施方式,所述波长选通元件包括开窗型反射选通元件;
所述开窗型反射选通元件包括玻璃基材和镜面反射层;所述镜面反射层设置在所述玻璃基材的上表面,所述镜面反射层上开设有漏光窗口。
结合第二方面及其第一种至第四种中任一可能的实施方式,本发明实施例提供了第二方面的第七种可能的实施方式,所述波长选通元件包括遮挡型反射选通元件;
所述遮挡型反射选通元件包括玻璃基材、镜面反射层和遮挡单元;所述镜面反射层设置在所述玻璃基材的上表面,所述遮挡单元设置在所述镜面反射层上。
结合第二方面的第七种可能的实施方式,本发明实施例提供了第二方面的第八种可能的实施方式,所述玻璃基材具有光滑内凹面;所述遮挡型反射选通元件还包括与所述光滑内凹面四周相匹配的用于压合巩固所述遮挡单元的中空压边上框,所述中空压边上框固定在所述玻璃基材上。
结合第二方面及其第一种至第四种中任一可能的实施方式,本发明实施例提供了第二方面的第九种可能的实施方式,所述波长选通元件包括遮挡型透射选通元件;
所述遮挡型透射选通元件包括中空底框和遮挡单元;所述遮挡单元设置在所述中空底框的上表面,所述中空底框上未被所述遮挡单元覆盖的部分形成透光区域。
结合第二方面的第九种可能的实施方式,本发明实施例提供了第二方面的第十种可能的实施方式,所述中空底框为内凹面型;所述遮挡型透射选通元件还包括与所述中空底框的内凹面型四周相匹配的用于压合巩固所述遮挡单元的中空压边上框,所述中空压边上框固定在所述中空底框上。
本发明实施例带来了以下有益效果:
本发明实施例中,色散分光型滤光装置在沿着光的传播方向依次包括:入射光学接口、第一色散元件、第一聚焦镜、波长选通元件、第二准直镜、第二色散元件和出射光学接口;从入射光学接口射入的入射平行光,经由第一色散元件色散分光变成异向单色平行光,该异向单色平行光包括传播方向与波长对应的多种单色平行光;不同波长的单色平行光经由第一聚焦镜聚焦后射入到波长选通元件的不同位置,经由波长选通元件空间型滤光后到达第二准直镜,再先后经由第二准直镜准直和第二色散元件反向色散合束,变成复合平行光从出射光学接口射出。本发明实施例提供的色散分光型滤光方法及装置,通过色散元件的色散分光,将入射光中波长的不同转换为空间位置的不同,从而通过波长选通元件实现了空间型滤光处理,并通过第二准直镜准直和第二色散元件反向色散合束,使得滤光处理后的出射光和入射光在空间形态上保持一致。由于对于要保留的光波段不存在材料穿透吸收过程,因此通带波段可以延伸到短波紫外及以下波段,同时提高了相关光学元件的使用寿命。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种色散分光型滤光装置的基本结构示意图;
图2为本发明实施例提供的另一种色散分光型滤光装置的基本结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种开窗型凹面反射选通元件的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的一种开窗型平面反射选通元件的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的一种遮挡型凹面反射选通元件的结构示意图;
图6为本发明实施例提供的一种遮挡型平面反射选通元件的结构示意图;
图7为本发明实施例提供的一种遮挡型凹面透射选通元件的结构示意图;
图8为本发明实施例提供的一种遮挡型平面透射选通元件的结构示意图;
图9为本发明实施例提供的一种紫外短波通带色散分光型滤光装置的能量传输效率曲线;
图10为本发明实施例提供的一种紫外短波阻带色散分光型滤光装置的能量传输效率曲线;
图11为本发明实施例提供的一种色散分光型滤光装置的交叉式C-T结构示意图;
图12为本发明实施例提供的一种色散分光型滤光装置的M型C-T结构示意图;
图13为本发明实施例提供的一种色散分光型滤光方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
目前材料吸收型和薄膜干涉型滤光片均难以对210nm以下的短波紫外光进行有效保留处理,且这些被吸收掉的光能由于长期在吸光材料上积聚无法释放,会导致吸光材料发生化学变性,影响滤光片的使用寿命。基于此,本发明实施例提供的一种色散分光型滤光方法及装置,可以有效地解决现有滤光光学器件在紫外区有效短波通带下限难以做到210nm以下的技术难题,同时不存在因主要光学元件化学变性影响器件使用寿命的问题。
为便于对本实施例进行理解,首先对本发明实施例所公开的一种色散分光型滤光装置进行详细介绍。
实施例一:
图1为本发明实施例提供的一种色散分光型滤光装置的基本结构示意图,如图1所示,该滤光装置在沿着光的传播方向依次包括:入射光学接口101、第一色散元件102、第一聚焦镜103、波长选通元件104、第二准直镜105、第二色散元件106和出射光学接口107。从入射光学接口101射入的入射平行光,经由第一色散元件102色散分光变成异向单色平行光,该异向单色平行光包括传播方向与波长对应的多种单色平行光;不同波长的单色平行光经由第一聚焦镜103聚焦后射入到波长选通元件104的不同位置,经由波长选通元件104空间型滤光后到达第二准直镜105,再先后经由第二准直镜105准直和第二色散元件106反向色散合束,变成复合平行光从出射光学接口107射出。
图1所示的实施例是基于正向色散分光-空间位置波长选通-反向色散合束原理进行色散分光型滤光的,具体的滤光过程如下:从入射光学接口101射入的入射平行光11照射到第一色散元件102上,经由第一色散元件102色散分光后变成异向单色平行光(不同波长的光射向不同的方向),即正向色散光12(如图1所示,分别以实线、虚线和短横线示出了三种波长的色散光);正向色散光12照射到第一聚焦镜103上,正向色散光12中不同波长的单色平行光经第一聚焦镜103聚焦之后汇聚成不同的点光13投射到波长选通元件104表面不同的位置上;波长选通元件104上相应的位置设有遮挡单元或开窗单元,需要滤除的光波段被遮挡或遗漏过滤掉,余下波段的光到达第二准直镜105,经过准直处理之后再次成为异向单色平行光,即出射异向单色平行光14;出射异向单色平行光14照射到第二色散元件106上,经第二色散元件106反色散/合束之后变成同一方向的复合平行光15;复合平行光15最终从出射光学接口107射出。
本发明实施例提供的色散分光型滤光装置,通过色散元件的色散分光,将入射光中波长的不同转换为空间位置的不同,从而通过波长选通元件实现了空间型滤光处理,并通过第二准直镜准直和第二色散元件反向色散合束,使得滤光处理后的出射光和入射光在空间形态上保持一致。由于对于要保留的光波段不存在材料穿透吸收过程,因此通带波段可以延伸到短波紫外及以下波段,同时不存在因主要光学元件化学变性影响器件使用寿命的问题,因而提高了相关光学元件的使用寿命。
图2为本发明实施例提供的另一种色散分光型滤光装置的基本结构示意图,考虑到从入射光学接口101射入的入射光通常不是平行光,如图2所示,在图1的基础上,在入射光学接口101和第一色散元件102之间还设置有第一准直镜201,在出射光学接口107和第二色散元件106之间还设置有第二聚焦镜202。
具体地,如图2所示,入射光10从入射光学接口101进入该色散分光型滤光装置内,经由第一准直镜201准直后变成入射平行光11;从第二色散元件106射出的复合平行光15经由第二聚焦镜202聚焦后汇聚到出射光学接口107中,经由出射光学接口107射出该色散分光型滤光装置之外。部分未描述的滤光过程可参考前述图1的滤光过程,这里不再赘述。
上述第一准直镜201、第一聚焦镜103、第二准直镜105和第二聚焦镜202四个元件,既可以是凹面反射镜,也可以是凸透镜(包括单面透镜和双面凸透镜)。其中,凹面反射镜的优势是:因光线无需穿越器件材料,在短波紫外和红外波段材料吸收的影响极小;凸透镜的优势是:光学系统(滤光装置)的慧差可以控制得很小。因此,在紫外和红外波段,上述四个元件优选凹面反射镜;在可见和近红外波段,上述四个元件可以在凹面反射镜和凸透镜中任意选用(其中,包括凹面反射镜和凸透镜混合使用)。另外,第一聚焦镜103和第二准直镜105可以为两个分立元件,也可以为同一元件;第一准直镜201和第二聚焦镜202可以为两个分立元件,也可以为同一元件。
上述第一色散元件102和第二色散元件106均可以是反射型光栅(包括平面反射光栅和凹面反射光栅)、透射型光栅和棱镜中的任意一种。其中,反射型光栅的优势是:因光线无需穿越器件材料,在短波紫外和红外波段材料吸收的影响极小。因此,在紫外和红外波段,第一色散元件102和第二色散元件106优选反射型光栅;在可见和近红外波段,第一色散元件102和第二色散元件106可以在三者中任意选用。另外,第一色散元件102和第二色散元件106可以为两个分立元件,也可以为同一元件。
上述波长选通元件104为开窗或设有遮挡单元的反射或穿透光学元件,包括以下中的任一种:开窗型反射选通元件、遮挡型反射选通元件和遮挡型透射选通元件。每种类型的波长选通元件104还包括曲面和平面两种面型结构,因此波长选通元件104可以具体包括以下中的任一种:开窗型凹面反射选通元件、开窗型平面反射选通元件、遮挡型凹面反射选通元件、遮挡型平面反射选通元件、遮挡型凹面透射选通元件和遮挡型平面透射选通元件。图3至图8依次示出了本发明实施例提供的开窗型凹面反射选通元件、开窗型平面反射选通元件、遮挡型凹面反射选通元件、遮挡型平面反射选通元件、遮挡型凹面透射选通元件、遮挡型平面透射选通元件的结构示意图。
如图3所示,开窗型凹面反射选通元件由一具有光滑内凹面的玻璃基材301、镀在光滑内凹面上的镜面反射层302、以及在镜面反射层302上开凿的精密漏光窗口303组成。内凹面的曲率大小取决于单色光汇聚点的空间位置分布,漏光窗口303的数量、宽度、位置取决于要滤除的光波段。当不同波长的光被第一聚焦镜103汇聚成不同位置的点投射到开窗型凹面反射选通元件的内凹反光面上时,落到漏光窗口303处的光进入玻璃材质被吸收或射出系统之外,相应波段的光被过滤掉;其余的光被镜面反射到第二准直镜105,最终到达出射光学接口107,即需要滤除波段的光通过漏光窗被过滤掉,余下的光被镜面反射之后保留下来,从而实现波长选通。
如图4所示,开窗型平面反射选通元件由一具有光滑上表面的平面玻璃基片401、镀在光滑上表面上的镜面反射层402、以及在镜面反射层402上开凿的精密漏光窗口403组成。漏光窗口403的数量、宽度、位置取决于要滤除的光波段。对应的波段选通原理与图3的开窗型凹面反射选通元件相同,这里不再赘述。
如图5所示,遮挡型凹面反射选通元件由一具有光滑内凹面的玻璃基材501、镀在光滑内凹面上的镜面反射层502、粘贴在镜面反射层502上的黑色精密条状(不限于该形状)的遮挡单元(即遮挡条)503、以及与光滑内凹面四周互补用于压合巩固条状遮挡单元503的中空压边上框504组成。内凹面的曲率大小取决于单色光汇聚点的空间位置分布;条状遮挡单元503为采用激光切割或线切割精密加工技术在0.02-0.3mm厚的黑色金属薄片(优选但不限于发黑后的不锈钢薄片)上加工而成,遮挡条的数量、宽度、位置取决于要滤除的光波段,不同的遮挡条通过两端的边带连接在一起形成遮光片;中空压边上框504可由金属材料加工后表面经过发黑处理而成,亦可直接由黑色塑料加工而成,这里对中空压边上框504的材质和加工方式不做限定。遮光片可以但不限于采用粘合的方式粘贴在镜面反射层502上,中空压边上框504与玻璃基材501紧固地粘和在一起,且压住遮光片的四周以减少弯曲之后的反弹应力,对遮挡单元503的粘和起到保护作用。当不同波长的光被第一聚焦镜103汇聚成不同位置的点投射到内凹反光面上时,落到遮挡单元503上的光被遮挡吸收,相应波段的光被过滤掉;其余的光被镜面反射到第二准直镜105,最终到达出射光学接口107,即需要滤除波段的光被遮挡单元503遮挡过滤掉,余下的光被镜面反射之后保留下来,从而实现波长选通。
如图6所示,遮挡型平面反射选通元件由一具有光滑上表面的平面玻璃基片601、镀在光滑上表面上的镜面反射层602、以及粘贴在镜面反射层602上的黑色精密条状遮挡单元(即遮挡条)603组成。精密条状遮挡单元603的制作方法与图5的遮挡型凹面反射选通元件中的遮挡单元503相同,遮挡条的数量、宽度、位置取决于要滤除的光波段,遮光片亦采用粘合的方式粘贴在镜面反射层602上。由于没有曲面形变,故无需中空压边上框。对应的波段选通原理与图5的遮挡型凹面反射选通元件相同,这里不再赘述。
如图7所示,遮挡型凹面透射选通元件由一具有内凹面型的黑色中空底框701、卡贴在中空底框701内凹面型上的黑色精密条状遮挡单元(即遮挡条)703、以及与中空底框701四周内凹面型互补用于压合巩固条状遮挡单元703的中空压边上框704组成,702为遮挡单元703连成的遮光片的空缺透光区域。黑色中空底框701可采用金属材料加工制作之后表面经过发黑处理而成,亦可直接由硬质黑色塑料加工而成,这里对黑色中空底框701的材质和加工方式不做限定;内凹面的曲率大小取决于单色光汇聚点的空间位置分布;条状遮挡单元703和中空压边上框704的加工方式和工艺与图5的遮挡型凹面反射选通元件相同,这里不再赘述。当不同波长的光被第一聚焦镜103汇聚成不同位置的点投射到内凹面上时,落到遮挡单元703上的光被遮挡吸收,相应波段的光被过滤掉;其余的光则穿过空缺透光区域702照射到第二准直镜105,最终到达出射光学接口107,即需要滤除波段的光被遮挡单元703遮挡过滤掉,余下的光则可自由通过被保留下来,从而实现波长选通。
如图8所示,遮挡型平面透射选通元件由一平面黑色中空底框801以及平贴在中空底框801上平面上的黑色精密条状遮挡单元(即遮挡条)803组成,802为遮挡单元803连成的遮光片的空缺透光区域。平面黑色中空底框801可由金属材料加工制作之后表面经过发黑处理而成,亦可直接由硬质黑色塑料加工而成,这里对中空底框801的材质和加工方式不做限定;精密条状遮挡单元803的制作方法与图5的遮挡型凹面反射选通元件中的遮挡单元503相同,遮挡条的数量、宽度、位置取决于要滤除的光波段。由于没有曲面形变,故无需中空压边上框。对应的波段选通原理与图7的遮挡型凹面透射选通元件相同,这里不再赘述。
从面型结构上来看,上述六种波长选通元件可以分为曲面(凹面)型和平面型两大类。由于不同方向的单色光经第一聚焦镜103聚焦之后的汇聚点并非在同一个平面上,中心波长光的汇聚点离第一聚焦镜103远,两端波长光的汇聚点离第一聚焦镜103近,因此当通带波段的总范围较宽,导致两端波长光汇聚点和中心波长光汇聚点离第一聚焦镜103的距离差超过中心波长光汇聚点离第一聚焦镜103的距离的1%时,优先选用曲面型波长选通元件;当该距离差小于中心波长光汇聚点离第一聚焦镜103的距离的1%时,二者皆可选用(其中,平面型具有成本优势)。
从通带波段光的收集方式上来看,上述六种波长选通元件可以分为镜面反射型和空位穿透型两大类,具体采用哪一类由整体光路结构决定。
从阻带波段光的滤除方式上来看,上述四种反射型波长选通元件可以分为开窗漏光型和遮挡吸收型两大类,二者效果相同不分优先顺序。
图9为本发明实施例提供的一种紫外短波通带色散分光型滤光装置的能量传输效率曲线,图10为本发明实施例提供的一种紫外短波阻带色散分光型滤光装置的能量传输效率曲线。从图9和图10中可以明显的看出,本发明实施例提供的色散分光型滤光装置的有效通带下限可达175nm,极限值接近165nm(透过效率接近零),对190nm处紫外光的传输(保留)效率可达50%以上。因此本发明实施例可以有效地解决现有滤光光学器件在紫外区有效短波通带下限难以做到210nm以下的技术难题,同时不存在主要光学元件化学变性影响器件使用寿命的问题。
综上,本发明实施例采用了“色散分光”→“空间位置波段选通滤光”→“反色散合束”这一新型滤光方法,属于空间型滤光处理技术,其滤光原理和方法有别于传统的材料吸收型和薄膜干涉型滤光片。
本发明实施例采用了色散元件对多波长的复合光进行了色散分光预处理,将入射光中波长的不同转换为空间位置的不同,为空间位置波段选通奠定了基础。
本发明实施例设置了空间波长选通元件,利用开窗漏光或条状遮挡的方式对阻带波段的光进行滤除处理,通带波段(需要保留的波段)的光不经过开窗漏光单元或条状遮挡单元,因而对于要保留的光波段不存在材料穿透吸收,适用于紫外、可见、近红外、红外所有的波段,使得本发明实施例的通带波段可以延伸到传统材料吸收型和薄膜干涉型滤光片因材料吸收而不能到达的短波紫外及以下波段。
本发明实施例的波长选通元件中漏光窗口和遮挡条的宽窄、位置和数量可以通过精密加工随意设置,使得本发明实施例的同一滤光装置可以同时滤除多个非连续阻带波段,即实现了非连续多波段滤光。
本发明实施例采用色散元件对选通后的保留光波段进行了反向色散合束处理,经反色散合束处理之后不同波长的光重新混合在一起成为一个整体,使得出射光和入射光在空间形态上保持一致。
实施例二:
基于上述实施例一中图2所示的基本结构,本实施例提供了一种色散分光型滤光装置的C-T(Czerny-Turner,切尼-特纳)光路结构。该C-T光路结构中第一色散元件102和第二色散元件106为同一元件;第一聚焦镜103和第二准直镜105为同一元件;第一准直镜201和第二聚焦镜202为上下堆叠设置的两个分立元件。
图11为本发明实施例提供的一种色散分光型滤光装置的交叉式C-T结构示意图,如图11所示,该色散分光型滤光装置的色散分光光路和反色散合束光路均采用交叉式C-T结构,该滤光装置主要由入射光学接口1101、正向准直凹面反射镜1102、正向分光光栅1103、正向焦镜1104、反射型波长选通元件1105、反向准直镜1106、反向合束光栅1107、反向聚焦凹面反射镜1108、出射光学接口1109等部件组成。其中,正向分光光栅1103和反向合束光栅1107为同一光栅元件,正向焦镜1104和反向准直镜1106为同一凹面反射镜。
这种交叉式C-T结构的滤光装置具有以下有益效果:1、采用交叉式C-T结构来进行正向色散分光和反向色散合束,分光时无需狭缝限光处理;2、正向准直凹面反射镜1102和反向聚焦凹面反射镜1108在同一垂直位置分层上下叠加放置;3、元件多功能利用,采用一片光栅来完成正向色散分光和反向色散合束两项功能,采用一片凹面反射镜来完成正向色散光聚焦和反向选通光准直两项功能;4、交叉式C-T结构的结构紧凑、空间利用率高,体积更小。
实施例三:
基于上述实施例一中图2所示的基本结构,本实施例还提供了另一种色散分光型滤光装置的C-T光路结构。同上述实施例二,该C-T光路结构中第一色散元件102和第二色散元件106为同一元件;第一聚焦镜103和第二准直镜105为同一元件;第一准直镜201和第二聚焦镜202为上下堆叠设置的两个分立元件。
图12为本发明实施例提供的一种色散分光型滤光装置的M型C-T结构示意图,如图12所示,该色散分光型滤光装置的色散分光光路和反色散合束光路均采用M型C-T结构,该滤光装置主要由入射光学接口1201、正向准直凹面反射镜1202、正向分光光栅1203、正向焦镜1204、反射型波长选通元件1205、反向准直镜1206、反向合束光栅1207、反向聚焦凹面反射镜1208、出射光学接口1209等部件组成。其中,正向分光光栅1203和反向合束光栅1207共用同一光栅元件,正向焦镜1204和反向准直镜1206共用同一凹面反射镜。
这种M型C-T结构的滤光装置具有以下有益效果:1、采用M型C-T结构来进行正向色散分光和反向色散合束,与实施例二的交叉式C-T结构一样,分光时无需狭缝限光处理;2、与实施例二的交叉式C-T结构一样,正向准直凹面反射镜1202和反向聚焦凹面反射镜1208在同一垂直位置分层上下叠加放置;3、与实施例二的交叉式C-T结构一样,元件多功能利用,采用一片光栅来完成正向色散分光和反向色散合束两项功能,采用一片凹面反射镜来完成正向色散光聚焦和反向选通光准直两项功能;4、该结构的滤光装置的球差较小,使得出射光的光斑尺寸较小(出射光的能量更集中),如入射光的光斑直径为1mm时,出射光的光斑直径可做到1.6mm;5、该结构的滤光装置对离轴度的要求较低,便于加工制作。
实施例四:
图13为本发明实施例提供的一种色散分光型滤光方法的流程示意图,如图13所示,该方法包括:
步骤S1302,对入射平行光进行色散分光,得到异向单色平行光;该异向单色平行光包括传播方向与波长对应的多种单色平行光。
步骤S1304,将不同波长的单色平行光聚焦到不同位置,并进行空间型滤光。
步骤S1306,对滤光后的出射发散光进行准直和反向色散合束,得到滤光后的复合平行光。
进一步地,考虑到入射光通常不是平行光,在对入射平行光进行色散分光,得到异向单色平行光之前,上述方法还包括:对入射光进行准直,得到入射平行光;以及在对滤光后的出射发散光进行准直和反向色散合束,得到滤光后的复合平行光之后,上述方法还包括:对滤光后的复合平行光进行聚焦,得到滤光后的出射会聚光。
本发明实施例提供的色散分光型滤光方法,与上述实施例提供的色散分光型滤光装置具有相同的技术特征,所以也能解决相同的技术问题,达到相同的技术效果。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的色散分光型滤光方法的具体工作过程,可以参考前述色散分光型滤光装置实施例中的对应过程,在此不再赘述。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
另外,在本发明实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,本发明的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (13)
1.一种色散分光型滤光方法,其特征在于,所述方法包括:
对入射平行光进行色散分光,得到异向单色平行光;所述异向单色平行光包括传播方向与波长对应的多种单色平行光;
将不同波长的所述单色平行光聚焦到不同位置,并进行空间型滤光;
对滤光后的出射发散光进行准直和反向色散合束,得到滤光后的复合平行光。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对入射平行光进行色散分光,得到异向单色平行光之前,所述方法还包括:
对入射光进行准直,得到所述入射平行光;
所述对滤光后的出射发散光进行准直和反向色散合束,得到滤光后的复合平行光之后,所述方法还包括:
对所述滤光后的复合平行光进行聚焦,得到滤光后的出射会聚光。
3.一种色散分光型滤光装置,其特征在于,沿着光的传播方向依次包括:入射光学接口、第一色散元件、第一聚焦镜、波长选通元件、第二准直镜、第二色散元件和出射光学接口;
从所述入射光学接口射入的入射平行光,经由所述第一色散元件色散分光变成异向单色平行光,所述异向单色平行光包括传播方向与波长对应的多种单色平行光;不同波长的所述单色平行光经由所述第一聚焦镜聚焦后射入到所述波长选通元件的不同位置,经由所述波长选通元件空间型滤光后到达所述第二准直镜,再先后经由所述第二准直镜准直和所述第二色散元件反向色散合束,变成复合平行光从所述出射光学接口射出。
4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,在所述入射光学接口和所述第一色散元件之间还设置有第一准直镜,在所述出射光学接口和所述第二色散元件之间还设置有第二聚焦镜;
入射光从所述入射光学接口射入,经由所述第一准直镜准直后变成所述入射平行光;所述复合平行光经由所述第二聚焦镜聚焦后汇聚到所述出射光学接口中,并从所述出射光学接口射出。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述第一色散元件和所述第二色散元件为两个分立元件或同一元件;所述第一聚焦镜和所述第二准直镜为两个分立元件或同一元件;所述第一准直镜和所述第二聚焦镜为两个分立元件或同一元件。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述第一色散元件和所述第二色散元件为同一元件;所述第一聚焦镜和所述第二准直镜为同一元件;所述第一准直镜和所述第二聚焦镜为上下堆叠设置的两个分立元件。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述色散分光型滤光装置的色散分光光路和反色散合束光路均采用交叉式切尼-特纳C-T结构或者均采用M型C-T结构。
8.根据权利要求3-5中任一项所述的装置,其特征在于,所述第一色散元件和所述第二色散元件均包括以下任一种:反射型光栅、透射型光栅和棱镜。
9.根据权利要求3-7中任一项所述的装置,其特征在于,所述波长选通元件包括开窗型反射选通元件;
所述开窗型反射选通元件包括玻璃基材和镜面反射层;所述镜面反射层设置在所述玻璃基材的上表面,所述镜面反射层上开设有漏光窗口。
10.根据权利要求3-7中任一项所述的装置,其特征在于,所述波长选通元件包括遮挡型反射选通元件;
所述遮挡型反射选通元件包括玻璃基材、镜面反射层和遮挡单元;所述镜面反射层设置在所述玻璃基材的上表面,所述遮挡单元设置在所述镜面反射层上。
11.根据权利要求10所述的装置,其特征在于,所述玻璃基材具有光滑内凹面;所述遮挡型反射选通元件还包括与所述光滑内凹面四周相匹配的用于压合巩固所述遮挡单元的中空压边上框,所述中空压边上框固定在所述玻璃基材上。
12.根据权利要求3-7中任一项所述的装置,其特征在于,所述波长选通元件包括遮挡型透射选通元件;
所述遮挡型透射选通元件包括中空底框和遮挡单元;所述遮挡单元设置在所述中空底框的上表面,所述中空底框上未被所述遮挡单元覆盖的部分形成透光区域。
13.根据权利要求12所述的装置,其特征在于,所述中空底框为内凹面型;所述遮挡型透射选通元件还包括与所述中空底框的内凹面型四周相匹配的用于压合巩固所述遮挡单元的中空压边上框,所述中空压边上框固定在所述中空底框上。
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