CN215812398U - 新型光谱仪光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光谱仪器技术领域，具体涉及一种新型光谱仪光学系统，其包括光照单元和测试单元，光照单元包括激发光源、干涉滤光片和会聚镜，测试单元包括聚焦镜、声光可调谐滤波器、成像镜、狭缝、准直镜、棱镜、中阶梯光栅、准直聚焦镜、探测器以及设置在光照单元与测试单元之间的用于放置待测样品的检测位；其声光可调滤波器、棱镜以及中阶梯光栅均为色散元件，三种色散元件次序放置于相应位置，组成一种能有效抑制背景及其他干扰的光学系统；其干涉滤光片能有效降低普线重叠、背景及分子发射干扰等问题的影响，提高分析的精准性。

Description

新型光谱仪光学系统

技术领域

本实用新型涉及光谱仪器技术领域，具体涉及一种新型光谱仪光学系统。

背景技术

光谱分析仪作为一种重要的光谱仪器，其通过测定待测样品吸收或发射的特定波长或一定波长范围的光的能量，对该待测样品进行定性和定量分析；光谱分析仪通常采用以下方式对待测样品进行定性和/或定量分析：

一种方式是，光谱分析仪采用单色器对特定波长的光进行测量，该特定波长的光透过待测样品时部分光能量被吸收，待测样品的吸光值与样品的浓度成正比，通过计算待测样品的吸光值，得出待测样品的浓度。另一种方式是，光谱分析仪利用待测样品中不同元素的原子在激发或电离后回到基态时，发射不同波长的特征光谱的波长和强弱，对待测样品进行定性或定量分析；但是在测量待测样品发射的特征光谱时，经常存在谱线重叠严重、背景和分子发射等产生光谱干扰等问题。

但不管采用上述何种方式，对于所述光学系统而言，其关键的内在性能在于：能以大孔径方式采集光线，以获得更多的来自待测样品的光能，这对于测试微量元素和弱发光物质具有极为重要的意义；能实现宽光谱分析，以确保能检测更广的元素范围、避免检测不到或检测不全测试样本中所含的元素成分；高色散分色分光，使输出谱线的宽度窄、锐度好，它直接关系到光谱仪的测试准确性与识别率；避免出现鬼线、背景光等干扰等可提高测试准确性与识别率的辅助措施多样有益。

现有的光谱分析仪依据其扫描方式的不同，主要分为以下两类：

空间扫描型光谱分析仪，利用分光棱镜、衍射光栅等分光元件，其设计简单、信号记录快，但是存在工作光谱区受材料透过率限制、角色散率与波长有关以及对透镜材料光学特性要求严格等缺点。

波长扫描型光谱分析仪，通过可控带通滤波器获取待测样品发射的特征光谱，例如部分光谱分析仪采用中阶梯光栅和棱镜组成的光学系统等，其同样存在工作光谱区受材料透过率限制、角色散率与波长有关以及对透镜材料光学特性要求严格缺陷；

但是上述光学系统中，采用由光栅、棱镜等分光元件组成的单色仪方案，主要通过增加中阶梯光栅每毫米的刻线数以及增大光谱仪的焦距以提高光学系统的分辨率，在单一使用这种方法时，存在可测量光谱范围减小、对于一些对物质有用的谱线不能同时检测到、分光元件的色散分光的细分能力不足，影响测试物质的准确性与识别率的问题，对于光谱识别的提高程度比较有限且调节过程不灵活。现有光学系统，由于受其结构限制，无法实现大孔径、宽光谱、高色散三者兼得的优化，难以采取多样的有益辅助措施。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种新型光谱仪光学系统，能有效提高测试准确性和识别率。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种新型光谱仪光学系统，包括光照单元和测试单元，所述光照单元包括激发光源、干涉滤光片和会聚镜；所述测试单元包括聚焦镜、声光可调谐滤波器、成像镜、狭缝、准直镜、棱镜、中阶梯光栅、准直聚焦镜、探测器以及设置在光照单元与测试单元之间的用于放置待测样品的检测位；所述激发光源产生的源头光束经过干涉滤光片和会聚镜后照射在检测位内的待测样品上；所述待测样品产生特征光束，特征光束入射探测器之前，依次经过声光可调谐滤波器的滤波分色、棱镜的第一次棱镜分色、中阶梯光栅的光栅分色以及棱镜的第二次棱镜分色。

优选的，所述测试单元内形成有如下测试光路：所述特征光束入射聚焦镜并由聚焦镜准直为特征平行光束，特征平行光束入射声光可调谐滤波器并由声光可调谐滤波器进行滤波分色后出射准单色衍射光束，准单色衍射光束的+级衍射光束入射成像镜并由成像镜会聚到狭缝上，狭缝出射相位差固定的准单色光束，准单色光束入射准直镜并由准直镜准直为准单色平行光束，准单色平行光束入射棱镜并由棱镜出射棱镜一次分色光束，棱镜一次分色光束入射中阶梯光栅并由中阶梯光栅出射光栅衍射光束，光栅衍射光束的+1级衍射光束入射棱镜并由棱镜出射棱镜二次分色光束，棱镜二次分色光束经由准直聚焦镜投射到探测器上。

优选的，所述干涉滤光片设置在激发光源与会聚镜之间；

所述光照单元内形成有如下第一光照光路：所述源头光束入射干涉滤光片并由干涉滤光片出射第一滤出光束，第一滤出光束入射会聚镜并由会聚镜出射第一会聚光束，第一会聚光束照射至检测位内的待测样品上，使待测样品产生特征光束。

优选的，所述干涉滤光片设置在会聚镜与检测位之间；

所述光照单元内形成有如下第二光照光路：所述源头光束入射会聚镜并由会聚镜出射第二会聚光束，第二会聚光束入射干涉滤光片并由干涉滤光片出射第二滤出光束，第二滤出光束照射至待测样品上，使待测样品产生特征光束。

优选的，所述准直镜、棱镜、中阶梯光栅构成二维色散交叉结构，棱镜的折射棱方向与中阶梯光栅的刻槽方向垂直，准直镜出射的准单色平行光束以偏离棱镜的折射棱方向的方向入射棱镜，棱镜出射的棱镜二次分色光束与准直镜出射的准单色平行光束之间具有空间交叉角。

优选的，所述新型光谱仪光绪系统还包括用于吸收声光可调谐滤波器6出射的0级光束和-1级衍射光束的光陷阱。

优选的，所述中阶梯光栅的色散方向与棱镜的色散方向相互垂直。

优选的，所述的光照单元出射的光束照射到待测样品上的照射角度可调。

优选的，所述干涉滤光片可切换式设置。

优选的，所述激发光源为激光、电火花、阴极灯或电感耦合等离子体，源头光束的波长位于任一单色光的光谱区域或者覆盖紫外和可见光谱区域。

优选的，所述会聚镜为大孔径会聚镜，聚焦镜为大孔径聚焦镜，成像镜为大孔径成像镜。

优选的，所述探测器为面阵探测器、线阵探测器或普通光电接收器。

优选的，所述成像镜为非球面镜或胶合镜组件。

优选的，所述会聚镜和聚焦镜的孔径角均大于等于80°。

本实用新型新型光谱仪光学系统，其声光可调滤波器、棱镜以及中阶梯光栅均为色散元件，三种色散元件次序放置于相应位置，组成一种能有效抑制背景及其他干扰的光学系统，而且该光学系统光路紧凑，无移动部件，稳定性强，相比传统发射光谱仪的光学系统，能够有效降低测试背景和分子发射等产生的光谱干扰，大大提高了测试精度；而且所述声光可调谐滤波器实现了对于光谱的灵活且有效的选择。此外，所述干涉滤光片能有效降低普线重叠、背景及分子发射干扰等问题的影响，提高分析的精准性；而且通过选择或切换相应的干涉滤光片，能够实现光路的交互参考探测，有效避免了样品放置时测试位置不准确或重复性差引入的位置偏差对测试结果的影响；还能满足对于待测样品多元素同时检测及部分光谱痕量检测的需求，克服了部分仪器所能测量元素数量限制以及对负载集体样品的测定比较困难的缺点，实现了对于复杂集体样品中多元素的快速精确检测及痕量分析。

附图说明

图1是本实用新型新型光谱仪光学系统的结构示意图；

图2是本实用新型声光可调谐滤波器和光陷阱的配合示意图，还是出了声光可调谐滤波器出射的零级光束和±1级光束；

图3是本实用新型棱镜和中阶梯光栅的位置关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图1-3给出的实施例，进一步说明本实用新型的新型光谱仪光学系统的具体实施方式。本实用新型的新型光谱仪光学系统不限于以下实施例的描述。

本实用新型新型光谱仪光学系统，其光照单元和测试单元，其特征在于：所述光照单元包括激发光源1、干涉滤光片2和会聚镜3；所述测试单元包括聚焦镜5、声光可调谐滤波器6、成像镜7、狭缝8、准直镜9、棱镜10、中阶梯光栅11、准直聚焦镜12、探测器13以及位于光照单元和测试单元之间的用于放置待测样品4的检测位；所述激发光源1产生的源头光束先后经由干涉滤光片2和会聚镜3后照射在检测位内的待测样品4上；所述待测样品4产生特征光束，特征光束入射探测器13之前，依次经过声光可调谐滤波器6的滤波分色、棱镜10的第一次棱镜分色、中阶梯光栅11的光栅分色以及棱镜10的第二次棱镜分色。

本实用新型新型光谱仪光学系统，其声光可调滤波器、棱镜以及中阶梯光栅均为色散元件，三种色散元件次序放置于相应位置，组成一种能有效抑制背景及其他干扰的光学系统，而且该光学系统光路紧凑，无移动部件，稳定性强，相比传统发射光谱仪的光学系统，能够有效降低测试背景和分子发射等产生的光谱干扰，大大提高了测试精度；而且所述声光可调谐滤波器实现了对于光谱的灵活且有效的选择；而且所述干涉滤光片能有效降低普线重叠、背景及分子发射干扰(背景及分子发射干扰是与待测样品的物质、形状及背景等元素相关的随机问题)等问题的影响，提高分析的精准性。

优选的，所述干涉滤光片2可切换式设置，可随检查环境与待测样品4的改变而切换。所述干涉滤光片可切换设置，通过选择或切换相应的干涉滤光片，满足不同样品和不同背景的测试需要，能够实现光路的交互参考探测，有效避免了样品放置时测试位置不准确或重复性差引入的位置偏差对测试结果的影响；还能满足对于待测样品多元素同时检测及部分光谱痕量检测的需求，克服了部分仪器所能测量元素数量限制以及对负载集体样品的测定比较困难的缺点，实现了对于复杂集体样品中多元素的快速精确检测及痕量分析。

以下将结合说明书附图和具体实施例，对本实用新型新型光谱仪光学系统作进一步说明。

如图1所示，为本实用新型新型光谱仪光学系统的一个实施例。

本实施例的新型光谱仪光学系统包括光照单元和测试单元；所述光照单元包括激发光源1、可切换设置的干涉滤光片2和会聚镜3；所述测试单元包括聚焦镜5、声光可调谐滤波器6、成像镜7、狭缝8、准直镜9、棱镜10、中阶梯光栅11、准直聚焦镜12、探测器13以及位于光照单元和测试单元之间用于放置待测样品4的检测位。

如图1所示，所述光照单元的第一种实现方式是：所述干涉滤光片2设置在激发光源1和会聚镜3之间；所述光照单元内形成有如下第一光照光路：所述激发光源1产生源头光束，源头光束入射干涉滤光片2并由干涉滤光片2出射第一滤出光束，第一滤出光束照射至检测位内的待测样品4上，使待测样品4产生特征光束。

所述光照单元的第二种实现方式是：所述干涉滤光片2设置在会聚镜3与检测位之间；所述光照单元内形成有如下第二光照光路：所述激发光源1产生源头光束，源头光束入射会聚镜3并由会聚镜3出射第二会聚光束，第二会聚光束入射干涉滤光片2并由干涉滤光片2出射第二滤出光束，第二滤出光束照射至待测样品4上，使待测样品4产生特征光束。

优选的，所述干涉滤光片2可切换式设置。进一步的，所述干涉滤光片2设置在光源调理发射装置的光路中。

需要指出的，所述光照单元出射的光束，照射至待测样品4的方式包以下两种：1、反射式照射，会聚镜(3)的光轴与聚焦镜(5)的光轴之间的夹角小于90°；2、透射式照射，会聚镜(3)的光轴与聚焦镜(5)的光轴之间的夹角大于90°且小于270°。进一步的，所述光照单元出射的光束以透射式照射的方式照射至待测样片4时，会聚镜3的光轴与聚焦镜5的光轴之间的夹角优选为180°。另外，所述光照单元出射的光束照射至待测样品4上的照射角度可调，以使光照单元出射的光束以最佳照射角度照射至待测样品4上。

如图1所示，所述特征光束在测试单元内入射探测器13之前，依次经过声光可调谐滤波器6的滤波分色、棱镜10的第一次棱镜分色、中阶梯光栅11的光栅分色以及棱镜10的第二次棱镜分色。进一步的，如图1所示，所述测试单元内形成有如下测试光路：所述特征光束入射聚焦镜5并由聚焦镜5准直为特征平行光束，特征平行光束入射声光可调谐滤波器6并由声光可调谐滤波器6进行滤波分色后出射准单色衍射光束，准单色衍射光束的+1级衍射光束入射成像镜7并由成像镜7会聚至狭缝8上，狭缝8出射相位差固定的准单色光束，准单色光束入射准直镜9并由准直镜9准直为准单色平行光束，准单色平行光束入射棱镜10并由棱镜10出射棱镜一次分色光束，棱镜一次分色光束入射中阶梯光栅11并由中阶梯光栅11出射光栅衍射光束，光栅衍射光束的+1级衍射光束入射棱镜10并由棱镜10出射棱镜二次分色光束，棱镜二次分色光束经由准直聚焦镜12投射到探测器13上。进一步的，如图1和3所示，所述准直镜9、棱镜10和中阶梯光栅11构成二维色散交叉结构，棱镜10的折射棱方向(折射棱指的是棱镜10的两个折射平面相交的棱，折射棱方向与如图3所示的Y轴方向相同)与中阶梯光栅11的刻槽方向(刻槽方向与如图3所示的Z轴方向相同)垂直，准直镜9出射的准单色平行光束以偏离棱镜10的折射棱方向的方向(如图3所示，偏离棱镜10的折射棱方向的方向指的是不垂直且不平行于棱镜10的折射棱的方向)入射棱镜10，棱镜10出射的棱镜二次分色光束与准直镜9出射的准单色平行光束之间具有空间交叉角(棱镜二次分色光束和准单色平行光束之间具有空间交叉角指的是二者的主光线在如图3所示的直角坐标系的三维平面上的角投影各不相同)，通过二维色散交叉结构使得准直聚焦镜12与准直镜9不重叠，并使投射至探测器13的光谱为二维光谱。

具体的，如图1所示，本实施例新型光谱仪光学系统，其光照单元优选采用第一种实现方式，激发光源1产生源头光束，源头光束入射干涉滤光片2，干涉滤光片2滤除背景的基底光干扰并出射第一滤出光束，第一滤出光束入射会聚镜3并由会聚镜3出射第一会聚光束，第一会聚光束会聚至(也即照射至)检测位内的待测样品4上，待测样品4与第一会聚光束发生声光相互作用，使待测样品4中的原子在被激发或电离后回到基态时，向外发射具有特定波长的特征光束；所述特征光束入射测试单元后，首先入射聚焦镜5并由聚焦镜5出射特征平行光束，特征平行光束入射声光可调谐滤波器6并由声光可调谐滤波器6出射准单色衍射光束，准单色衍射光束的+1级衍射光束入射成像镜7并由成像镜7进行会聚和整形(整形指的是成像镜7将声光可调谐滤波器6出射的准单色衍射光束的+1级衍射光束的光谱成像在狭缝8上)，成像镜7出射第一成像光束，第一成像光束的光谱成像在狭缝8上(也即是第一成像光束入射狭缝8)，狭缝8的狭缝宽度和高度均比较小，只有光路中心的满足条件的部分光束能够通过入射狭缝8进入后面的分光系统，从而限制了外光路的其他光束，有效降低了背景的干扰，而且狭缝8的高度和宽度(本实施例新型光谱仪光学系统中，狭缝8的高度为1-2mm，狭缝8的宽度依据光学系统分辨率确定，一般在20μm-50μm)影响后面光学系统的成像，通常所成的光谱像点就是狭缝8作为物方的成像点，狭缝8直接与探测器13接收到的光谱分辨率相关，狭缝8出射准单色光束，准单色光束为具有一定光谱范围的窄带光，准单色光束以一定发散角入射准直镜9，准直镜9把具有一定数值孔径的准单色光束整形为准单色平行光束，准单色平行光束入射棱镜10，棱镜10出射棱镜一次分色光束，棱镜一次分色光束入射中阶梯光栅11，中阶梯光栅11出射光栅衍射光束，光栅衍射光束的+1级衍射光束入射棱镜10并由棱镜10出射棱镜二次分色光束，棱镜10作为横向色散元件，将准单色平行光束按照一定的光谱顺序展开，从而避免因为中阶梯光栅11的级次重叠而产生的干扰，而且中阶梯光栅11作为纵向色散元件，与棱镜10、准直镜9组成二维色散交叉结构，其光路结构小，还能大幅度提升谱线的有效分辨性能，以提高对于待测样品4的识别率和测试准确性，棱镜二次分色光束入射准直聚焦镜12并由准直聚焦镜12出射由多光谱光束聚焦而成的二维光谱，二维光谱入射探测器13。进一步的，所述聚焦镜5出射的特征平行光束垂直入射声光可调谐滤波器6的晶体表面；所述中阶梯光栅11的色散方向与棱镜10的色散方向相互垂直，以使准直镜9出射的准单色平行光束经过1次光栅分色和2次棱镜分色后形成二维光谱；优选的，所述狭缝8的长度方向与棱镜10的色散方向成45°-60°或者90°夹角；本实施例的狭缝8的长度方向与棱镜10的色散方向的夹角符合前述要求，以更好的降低背景光干扰，提高本实用新型新型光谱仪光学系统的分辨率。

优选的，如图2所示，本实用新型新型光谱仪光学系统还包括用于吸收声光可调谐滤波器6出射的0级光束和-1级衍射光束的光陷阱14，从而显著减少了无用的杂散光经由成像镜7入射狭缝8，有利于减轻或避免发生谱线重叠严重以及背景和分子发射产生的光谱干扰等问题。

具体的，如图2所示，所述聚焦镜5出射的特征平行光束入射声光可调谐滤波器6后，声光可调谐滤波器6出射三道光束，分别为+1级衍射光束151、0级光束152和-1级衍射光束153，+1级衍射光束151和级衍射光束153位于0级衍射光束两侧，+1级衍射光束151入射成像镜7,0级光束和-1级衍射光束均被光陷阱14吸收。所述声光可调谐滤波器6作为窄带可调滤光器，是根据声光作用原理(即当一束复色光束通过一个高频震动的具有光学弹性的晶体时，某一波长的单色光会在晶体内产生衍射，以一定角度从晶体中透射出来，未发生衍射的复色光束则沿原光线传播方形直接透射过晶体，从而达到分光的目的)制成的分光器件，第一平行光束入射可调谐滤波器6后，目标光束(即所需特定波长或波长范围的光束)则在声光可调谐滤波器6的晶体中发生衍射产生±1级衍射光束，本实用新型新型光谱仪光学系统优选采用+1级衍射光束入射待测样品4，-1级衍生光束和0激光束(其他复色光)则被排除在本实用新型新型光谱仪光学系统的后续光路之外，从而减少无用的杂散光进入入射狭缝，避免普线重叠严重以及背景和分子发射产生干扰等问题；此外，随着加载到所述声光可调谐滤波器6的射频信号的频率的变化，声光可调谐滤波器6的衍射光束的波长和光谱宽度也会随之变化，因此声光可调谐滤波器6实现了对于光谱的灵活且有效的选择。所述声光可调谐滤波器6的晶体优选为TeO2晶体，其具有极佳的声光性能且易于获得较大尺寸的人工晶体，光线经过TeO2晶体时，满足反常布拉格衍射原理。

优选的，所述激发光源1采用激光、电火花、阴极灯或电感耦合等离子体，其波长位于任一单色光的波长范围或者覆盖紫外和可将光谱区域。

优选的，所述待测样品4为液体、固体或气体。

优选的，所述会聚镜3为大孔径会聚镜，聚焦镜5为大孔径聚焦镜成像镜7为大孔径成像镜，有利于增大新型光谱仪光学系统的光路中的孔径角，获取更多的入射光能和衍射光能，提升测试的准确性和识别率，特别是增强对于弱发光元素的显示与分辨能力。需要指出的，还可以通过缩短物距(待测样品4与聚焦镜5之间的距离、会聚镜3与待测样品4之间的距离)，和/或增大会聚镜3和聚焦镜5的通光孔径，以增大新型光谱仪光学系统的光路中的孔径角，优选的，会聚镜3和聚焦镜5的孔径角(全角)均大于等于80°。

优选的，所述成像镜7为非球面镜或者胶合镜组件。

优选的，所述探测器13为面阵探测器、线阵探测器或普通光电接收器。需要指出的，所述探测器13的具体类型依据光谱信息的不同而改变，从而实现多元素波长同时或分时检测，实现对多元素进行定性和/定量分析。

优选的，所述准直聚焦镜12为准直聚焦反射镜，其有益效果在于，准直聚焦镜12不产生色差，有利于获得平直的谱面，能够保证探测器13接收的光谱质量。

如图3所示，为所述棱镜10和中阶梯光栅11的位置关系的一个示例。

如图3所示，所述棱镜10的主截面位于平面xoz内，其色散方向也在该平面内；所述中阶梯光栅11一般要倾斜一定角度放置，其衍射面投影在平面yoz上，中阶梯光栅11的刻槽方向与z轴平行；当所述第二平行光束的主光线进入棱镜10后，经棱镜10色散后的光谱(即第一展开光束)分布在平面xoz内，第一展开光束入射到中阶梯光栅11的平面上，中阶梯光栅11将第一展开光束沿y轴方向色散展开后出射第一光栅光束，第一光栅光束入射棱镜10，图中单箭头的线条表示入射光束，双箭头的线条表示出射光束，由于中阶梯光栅11与棱镜10的色散方向垂直，使进入单色器(指的是由中阶梯光栅11和棱镜10组成的单色器)的光谱经由准直聚焦镜12最终形成投射在探测器13上的二维光谱(二维光谱本质上由中阶梯光栅11和棱镜10色散方向垂直而形成，准直聚焦镜12使为了将此光谱汇聚到探测器13上)，二维光谱的光谱面与平面yoz平行。

本实用新型新型光谱仪光学系统，在实际使用时，向其输入一个辐射驱动频率，已测量该辐射驱动频率下的光谱，完成后输入下一个辐射驱动频率。

本实用新型新型光谱仪光学系统，其通过采用大孔径、宽光谱和高分色的结构及三者兼得的优化，以及丰富所述有益辅助措施的技术方案，从而有效提高光谱仪的测试准确性与识别率，并能满足小型化、便携式、抗干扰、多用途的使用要求。具体的，本实用新型新型光谱仪光学系统，通过操作声光可调滤波器6的射频变化使声光可调滤波器射出的准单色衍射光的中心波长在理想的波长范围内变化，以实现宽光谱的目的；通过声光可调滤波器6、中阶梯光栅11和棱镜10的联用以形成1次滤波分色、1次光栅分色和2次棱镜分色的四次色散分光，以实现高分色的目的；结合光谱仪的小型化要求，通过优化缩小物距来增大孔径角，以实现大孔径的目的，此外，基于配合大孔径、宽光谱和高分色的实现并能满足小型化、便携式、抗干扰、多用途的使用要求，还采用了可切换的干涉滤光片2和可调照射角度的光照单元，以实现的综合提高光谱仪的测试准确性与识别率的目的。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (14)

1.一种新型光谱仪光学系统，包括光照单元和测试单元，其特征在于:所述光照单元包括激发光源(1)、干涉滤光片(2)和会聚镜(3)；所述测试单元包括聚焦镜(5)、声光可调谐滤波器(6)、成像镜(7)、狭缝(8)、准直镜(9)、棱镜(10)、中阶梯光栅(11)、准直聚焦镜(12)、探测器(13)以及设置在光照单元与测试单元之间的用于放置待测样品(4)的检测位；所述激发光源(1)产生的源头光束经过干涉滤光片(2)和会聚镜(3)后照射在检测位内的待测样品(4)上；所述待测样品(4)产生特征光束，特征光束入射探测器(13)之前，依次经过声光可调谐滤波器(6)的滤波分色、棱镜(10)的第一次棱镜分色、中阶梯光栅(11)的光栅分色以及棱镜(10)的第二次棱镜分色。

2.根据权利要求1所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述测试单元内形成有如下测试光路：所述特征光束入射聚焦镜(5)并由聚焦镜(5)准直为特征平行光束，特征平行光束入射声光可调谐滤波器(6)并由声光可调谐滤波器(6)进行滤波分色后出射准单色衍射光束，准单色衍射光束的+1级衍射光束入射成像镜(7)并由成像镜(7)会聚到狭缝(8)上，狭缝(8)出射相位差固定的准单色光束，准单色光束入射准直镜(9)并由准直镜(9)准直为准单色平行光束，准单色平行光束入射棱镜(10)并由棱镜(10)出射棱镜一次分色光束，棱镜一次分色光束入射中阶梯光栅(11)并由中阶梯光栅(11)出射光栅衍射光束，光栅衍射光束的+1级衍射光束入射棱镜(10)并由棱镜(10)出射棱镜二次分色光束，棱镜二次分色光束经由准直聚焦镜(12)投射到探测器(13)上。

3.根据权利要求1所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述干涉滤光片(2)设置在激发光源(1)与会聚镜(3)之间；

所述光照单元内形成有如下第一光照光路：所述源头光束入射干涉滤光片(2)并由干涉滤光片(2)出射第一滤出光束，第一滤出光束入射会聚镜(3)并由会聚镜(3)出射第一会聚光束，第一会聚光束照射至检测位内的待测样品(4)上，使待测样品(4)产生特征光束。

4.根据权利要求1所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述干涉滤光片(2)设置在会聚镜(3)与检测位之间；

所述光照单元内形成有如下第二光照光路：所述源头光束入射会聚镜(3)并由会聚镜(3)出射第二会聚光束，第二会聚光束入射干涉滤光片(2)并由干涉滤光片(2)出射第二滤出光束，第二滤出光束照射至待测样品(4)上，使待测样品(4)产生特征光束。

5.根据权利要求2所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述准直镜(9)、棱镜(10)、中阶梯光栅(11)构成二维色散交叉结构，棱镜(10)的折射棱方向与中阶梯光栅(11)的刻槽方向垂直，准直镜(9)出射的准单色平行光束以偏离棱镜(10)的折射棱方向的方向入射棱镜(10)，棱镜(10)出射的棱镜二次分色光束与准直镜(9)出射的准单色平行光束之间具有空间交叉角。

6.根据权利要求2所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述新型光谱仪光绪系统还包括用于吸收声光可调谐滤波器(6)出射的0级光束和-1级衍射光束的光陷阱(14)。

7.根据权利要求1所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述中阶梯光栅(11)的色散方向与棱镜(10)的色散方向相互垂直。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述的光照单元出射的光束照射到待测样品(4)上的照射角度可调。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述干涉滤光片(2)可切换式设置。

10.根据权利要求1-7任意一项所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述激发光源(1)为激光、电火花、阴极灯或电感耦合等离子体，源头光束的波长位于任一单色光的光谱区域或者覆盖紫外和可见光谱区域。

11.根据权利要求1-7任意一项所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述会聚镜(3)为大孔径会聚镜，聚焦镜(5)为大孔径聚焦镜，成像镜(7)为大孔径成像镜。

12.根据权利要求1-7任意一项所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述探测器(13)为面阵探测器、线阵探测器或普通光电接收器。

13.根据权利要求1-7任意一项所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述成像镜(7)为非球面镜或胶合镜组件。

14.根据权利要求1-7任意一项所述的新型光谱仪光学系统，其特征在于：所述会聚镜(3)和聚焦镜(5)的孔径角均大于等于80°。

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