[发明专利]自准直光栅光谱仪

权利要求书

1.一种自准直光栅光谱仪，其特征在于：包括：分光成像单元和光谱信号处理单元；其中，分光成像单元包括光纤(1)、入射孔(2)、准直-聚焦系统(3)、光栅(4)、平面反射镜(5)、出射狭缝(6)；光谱信号处理单元包括面阵光电探测器(7)、信号处理系统(8)、显示屏(9)；

所述光纤(1)用于将待检测光导入所述自准直光栅光谱仪；

所述入射孔(2)的功能是使待检测光进入所述自准直光栅光谱仪，防止外界杂散光进入系统；

所述准直-聚焦系统(3)的功能是对待检测光起到准直作用，对于光栅(4)的衍射光起到聚焦作用；

所述光栅(4)的功能是对准平行光进行分光；

所述平面反射镜(5)的功能是改变光路；

所述出射狭缝(6)的功能是准确定位所需要探测的信号光，防止其他光的干扰；

所述面阵光电探测器(7)的功能是采集从出射狭缝(6)透过的信号光，并将光信号变为电信号；

所述信号处理系统(8)的功能包括：①从面阵光电探测器(7)读取电信号；②将模拟信号转换为数字信号；③对数字信号进行处理，得到光谱的特征信息；所述光谱的特征信息包括但不限于：光谱的波长以及强度；

所述显示屏(9)的功能是显示光谱的特征信息；

上述各组成部分的连接关系为：

准直-聚焦系统(3)与光栅(4)同轴，且该轴线为所述自准直光栅光谱仪的中心轴线；入射孔(2)的一侧为光纤(1)，另一侧为准直-聚焦系统(3)；光纤(1)的出射端位于入射孔(2)处，且垂直于入射孔所在平面；入射孔(2)位于准直-聚焦系统(3)的焦平面上且不在准直-聚焦系统(3)的焦点上；准直-聚焦系统(3)的一侧为入射孔(2)，另一侧为光栅(4)；平面反射镜(5)位于入射孔(2)和准直-聚焦系统(3)之间且在光栅(4)的衍射光经过准直-聚焦系统(3)聚焦后的光路上的某一位置；出射狭缝(6)和面阵光电探测器(7)位于光栅(4)的衍射光经过准直-聚焦系统(3)聚焦后，又经过平面反射镜(5)的反射后的焦点上；面阵光电探测器(7)的输出端连接信号处理系统(8)的输入端；信号处理系统(8)的输出端连接显示屏(9)的输入端。

2.如权利要求1所述的一种自准直光栅光谱仪，其特征在于：所述自准直光栅光谱仪对待检测光进行特征分析的过程包括第1步至第6步，具体为：

第1步：待检测光通过光纤(1)到达入射孔(2)，穿过入射孔(2)后到达准直-聚焦系统(3)，经过准直-聚焦系统(3)的准直作用后，变成准平行光；

第2步：准平行光到达光栅(4)，经过衍射分光后到达准直-聚焦系统(3)；

第3步：经过准直-聚焦系统(3)的聚焦作用后，变成汇聚光，到达平面反射镜(5)；

第4步：汇聚光经过平面反射镜(5)的反射后，到达出射狭缝(6)；透过出射狭缝(6)的光达到面阵光电探测器(7)；

第5步：面阵光电探测器(7)将光信号变为电信号，发送到信号处理系统(8)；

第6步：信号处理系统(8)将接收到的电信号从模拟信号转换为数字信号；然后对数字信号进行处理，得到光谱的特征信息，并将其发送到显示屏(9)输出。

3.如权利要求1或2所述的一种自准直光栅光谱仪，其特征在于：所述光栅(4)为闪耀光栅或者阶梯光栅。

4.如权利要求3所述的一种自准直光栅光谱仪，其特征在于：所述闪耀光栅或阶梯光栅的倾斜角和刻划线数目可由公式(1)确定：

2dsin θ＝mλ；(1)

其中，d为光栅常数，具体为每毫米刻划线数目的倒数，单位为毫米；θ为光栅的倾斜角，单位为度；m为光栅的衍射级数；λ为选定的基准波长，单位为毫米。