[发明专利]基于摆动镜和透射光栅的光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱仪，具体涉及一种基于摆动镜和透射光栅的光谱仪。

背景技术

光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面，都发挥着极大的作用，而获得单波长辐射是不可缺少的手段。目前普遍用于工业流程在线检测用的采用多道探测器的CCD(Charge Coupled Device)多通道光谱仪，采用透射光栅结构，光线透过透射光栅一次，分光后的某一波长单色光被聚焦到多道探测器上。为了提高光谱分辨能力，透射光栅须采用高密度刻线，但同时为了保证光栅的衍射效率，对于1000nm-1800nm的近红外波段，光栅刻痕的线数一般选择600线/毫米或300线/毫米比较合适，可是这样光谱的分辨率又受到限制；为了提高多通道光谱仪分辨率，可以加大光谱仪的反射镜的焦距，但这样仪器体积随之加大，并且价格昂贵。由于近红外波段的多道探测器像素数目少，光谱仪的反射镜的焦距尺寸往往比较短，分辨率低，尤其是在近红外和红外波段，为保证一定的分辨率，设备的价格通常高达数万元，并且体积大。

发明内容

本发明的目的是解决目前用于工业流程在线检测用的光谱测量仪器在1000nm-1800nm的近红外波段为提高分辨率会导致成本高、体积大的问题，提供了一种基于摆动镜和透射光栅的光谱仪。

本发明由入射光纤、双凸透镜、平面透射光栅、摆动反射镜、凹面反射镜和近红外探测器组成，平面透射光栅的后表面上有光栅刻痕，通过入射光纤的光束入射到双凸透镜内，经双凸透镜透射得到平行光，所述平行光入射到平面透射光栅的前表面，经前表面到达后表面被光栅刻痕第一次分光后、其中800nm至1800nm的近红外波段的光入射到摆动反射镜内，经摆动反射镜反射后的光入射到平面透射光栅的后表面，被光栅刻痕第二次分光后再经过前表面入射到凹面反射镜内，经凹面反射镜反射后的光线被近红外探测器的输入端接收；平面透射光栅垂直于平面坐标系的X轴，入射光纤和双凸透镜的轴心线相对于X轴的夹角A为20度，凹面反射镜的轴心线相对于X轴的夹角C为40度，近红外探测器的轴心线相对于X轴的夹角B为25度，摆动反射镜相对于Y轴的摆动角度范围为-15°至15°。

本发明的优点是：

本发明采用平面透射光栅和摆动反射镜配合，通过调整摆动反射镜相对于Y轴的偏移角度，使其能够对800nm-1800nm波长范围内的光线产生反射，输出的光谱线的波长范围更大。经过平面透射光栅分光后的光线被近红外探测器接收，近红外探测器接收的光的波长在一定范围内达到连续改变。由于光线经过平面透射光栅的光栅刻痕的两次分光，在保证了分辨率的基础上，大大的简化了结构，相比于目前采用的CCD多通道光谱仪，在反射镜焦距相同的情况下，仪器体积约缩小了30％，价格降低了50％。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式由入射光纤1、双凸透镜2、平面透射光栅3、摆动反射镜4、凹面反射镜5和近红外探测器6组成，平面透射光栅3的后表面上有光栅刻痕，通过入射光纤1的光束入射到双凸透镜2内，经双凸透镜2透射得到平行光，所述平行光入射到平面透射光栅3的前表面，经前表面到达后表面被光栅刻痕第一次分光后入射到摆动反射镜4内，经摆动反射镜4反射后的光入射到平面透射光栅3的后表面，被光栅刻痕第二次分光后再经过前表面入射到凹面反射镜5内，经凹面反射镜5反射后的光线被近红外探测器6的输入端接收；平面透射光栅3垂直于平面坐标系的X轴，入射光纤1和双凸透镜2的轴心线相对于X轴的夹角A为20度，凹面反射镜5的轴心线相对于X轴的夹角C为40度，近红外探测器6的轴心线相对于X轴的夹角B为25度，摆动反射镜4相对于Y轴的摆动角度范围为-15°至15°。

平面透射光栅3采用普通玻璃制成，被分光后的一定波长范围的单色光最后被近红外探测器6接收。本发明使用平面透射光栅3进行分光，结合摆动反射镜4的反射，使得光线被平面透射光栅3两次分光，能够获得更高的光谱分辨率。

当摆动反射镜4相对于Y轴的摆动角度在-15°至15°之间变化，随着摆动反射镜4的摆动，可以保证将800nm至1800nm的近红外波段的光束逐次反射，最终聚焦到近红外探测器6所在位置被接收。

具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于平面透射光栅3的光栅刻痕规格为600线/毫米。其它组成及连接关系与实施方式一相同。