[发明专利]微型光谱仪及其制备装配方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱分析仪器领域，特别是涉及一种微型光谱仪及其制备装配方法。

背景技术

光谱仪是根据物质的特征光谱吸收/辐射来分析样品颜色或化学成分的重要分析仪器，在环境监测、食品卫生、生物医药、石化冶金等领域有着广泛的用途。

传统的光谱仪体积庞大、使用条件苛刻，造价昂贵，只能限制在实验室使用。与之相对，微小型光谱仪具有体积小、便于携带、使用简便等优点，其光谱分辨率也足以满足一般应用领域的测量要求，因此特别适合于现场和在线的快速检测。微小型化已经成为光谱仪发展的必然趋势。

目前微小型化的光谱仪多采用传统光谱仪的基本结构，通过使用比较小的光学器件以及紧凑的光路结构来实现微型化。最常见的结构为切尼-特纳（Czerny-Turner）结构，如图1a所示的对称式Czerny-Turner光路结构和图1b所示的交叉式Czerny-Turner光路结构，图1a和图1b中，狭缝为102（102'）、准直镜为104（104'）、光栅为106（106'）、聚焦镜为108（108'）、CCD（Charge-coupled Device，电荷耦合元件）为110（110'），入射光通过狭缝102、准直镜104、光栅106、聚焦镜108到达CCD110处。此类光谱仪的光谱分辨率较高，但由于元器件数目较多，体积一般为整个手掌大小，难以进一步缩小。

发明内容

基于此，有必要针对目前的微型光谱仪体积仍然较大的问题，提供一种体积较小的微型光谱仪。

此外，还有必要提供一种体积较小的微型光谱仪的制备装配方法。

一种微型光谱仪，包括狭缝、玻璃平板、球面反射镜和光电探测器，所述玻璃平板的上表面刻有像差校正光栅，所述光电探测器安装于所述玻璃平板的下表面，且所述光电探测器位于光谱的焦平面上；入射光通过所述狭缝照射到所述玻璃平板上表面的像差校正光栅进行分光形成衍射光，所述衍射光从所述像差校正光栅出射经过所述球面反射镜聚焦，会聚在所述玻璃平板下表面的所述光电探测器上。

在其中一个实施例中，所述狭缝的宽度为10～50微米，厚度为0.05～0.2毫米。

在其中一个实施例中，所述像差校正光栅的栅线之间平行且间距不同。

在其中一个实施例中，所述像差校正光栅的栅线间距为0.5～5微米。

在其中一个实施例中，所述像差校正光栅为闪耀槽型光栅或矩形光栅或正弦形光栅。

在其中一个实施例中，所述狭缝与所述像差校正光栅之间的距离可调节。

在其中一个实施例中，所述光电探测器紧贴安装于所述玻璃平板的下表面，所述光电探测器与像差校正光栅之间的横向位置可调节。

在其中一个实施例中，所述玻璃平板的材料为熔石英光学玻璃、K9光学玻璃或B270光学玻璃；所述光电探测器为CCD阵列光电探测器或CMOS阵列光电探测器。

在其中一个实施例中，所述微型光谱仪还包括外壳，所述狭缝、玻璃平板、球面反射镜和光电探测器均位于所述外壳内。

一种微型光谱仪的制备装配方法，包括：

将金属膜层刻蚀形成透射的狭缝；

提供玻璃平板、球面反射镜和光电探测器，在所述玻璃平板的上表面形成像差校正光栅，将光电探测器安装于所述玻璃平板的下表面，且所述光电探测器位于光谱的焦平面上；以及

调整所述狭缝、玻璃平板及球面反射镜的相对位置，使入射光通过所述狭缝照射到所述玻璃平板上表面的像差校正光栅进行分光形成衍射光，以及所述衍射光从所述像差校正光栅出射经过所述球面反射镜聚焦，会聚在所述玻璃平板下表面的所述光电探测器上。

在其中一个实施例中，所述在所述玻璃平板的上表面形成像差校正光栅的步骤包括：

通过电子束光刻及镀膜、紫外线光刻及镀膜、纳米压印及镀膜中至少一种方式在所述玻璃平板的上表面形成像差校正光栅。

在其中一个实施例中，所述将金属膜层刻蚀形成透射的狭缝包括：将宽度为10～50微米，厚度为0.05～0.2毫米的金属膜层刻蚀形成透射的狭缝；所述像差校正光栅的栅线间距为0.5～5微米。

在其中一个实施例中，所述调整所述狭缝、玻璃平板及球面反射镜的相对位置包括：

调节所述狭缝与所述像差校正光栅之间的距离。

在其中一个实施例中，所述像差校正光栅的栅线之间平行且间距不同。

在其中一个实施例中，所述光电探测器紧贴安装于所述玻璃平板的下表面；所述方法还包括：

调节所述光电探测器与像差校正光栅之间的横向位置。