[发明专利]自准直光栅光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种自准直光栅光谱仪，属于分析仪器技术领域。

背景技术

已有的一般光谱仪光路由入射窗、准直系统、分光元件、聚焦系统和感光元件(CCD)等组成，有的还含有出射窗及部分调整光路结构的元件，如棱镜等。多种波长的光通过入射窗再经过准直系统变成平行光，之后辐照在分光元件上，经过分光元件的作用(衍射等)，不同波长的光分布在不同的出射方向，再经过聚焦系统的汇聚到感光元件的不同位置，从而达到分光的效果，在公开的文献和实际应用中所见到的光谱仪光路系统中，大多数准直系统和聚焦系统是独立的，导致光谱仪系统体积较大，在需要外出作业的场合，不方便携带，给光谱仪的推广应用产生不利影响。

发明内容

本发明的目的是针对目前已有的高分辨率光谱仪存在体积大的缺点，提出的一种自准直光栅光谱仪。

一种自准直光栅光谱仪，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；所述光栅(4)为闪耀光栅或者阶梯光栅。

所述闪耀光栅和阶梯光栅的倾斜角和刻划线数目可由公式(1)确定：

2dsinθ＝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(mm)；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(mm)。

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。

所述自准直光栅光谱仪对待检测光进行特征分析的过程为：

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。

有益效果

本发明提出的自准直光栅光谱仪与目前已有的光谱仪相比较具有以下优点：