[发明专利]消像散光谱仪

说明书

本发明公开一种消像散光谱仪，该消像散光谱仪包括：入射狭缝；准直元件，设置于所述入射狭缝之后，用于将所述入射狭缝出射的光线变为平行光；色散元件，接收所述准直元件出射的平行光，用于将所述平行光在空间上按波长分散成为多条光束；聚焦元件，接收所述色散元件出射的多条光束，用于聚焦色散后的光束；探测装置，放置于所述聚焦元件出射光线的焦平面，用于测量各波长的聚焦光斑的强度；消像散元件，设置于所述探测装置之前，用于校正各波长的像散，在所述焦平面上获得能量集中的聚焦光斑。因此，实施本发明能够校正像散，提高收集效率及灵敏度。

技术领域

本发明涉及光谱分析技术领域，特别涉及一种消像散光谱仪。

背景技术

传统的非成像型光栅光谱仪通常对像散要求不高，主要是因为像散不会影响其光谱分辨率；然而，像散会导致焦平面上的谱线的能量集中度降低，入射狭缝处的点光源在焦平面上成一细长的光条，因此，当使用线阵探测器时，只能截取并采集到较少的能量。并且，由于不同波长的像散情况不一致，使得谱线弥散程度不一，所以光谱仪对于不同波段的响应不一致。

目前，通用型非成像光谱仪出于结构及成本的考虑，通常只对光谱分辨率有所要求，而对像散校正的要求并不高，其中一种较典型的光谱仪结构是切尼尔-特纳结构的光谱仪，如图1所示，该切尼尔-特纳结构的光谱仪包括入射狭缝1、准直镜2、发射光栅3、聚焦镜4和探测器5。

为了避免光路结构的干涉，同时在满足光谱分辨率的前提下，可通过优化准直镜入射角及聚焦镜入射角，这样能够一定程度减小像散，但其残留像散通常还是比较大。

对于成像光谱仪来讲，其要求入射到狭缝上的光点在焦平面上也成一个像点从而与周围物点的像分开达到“成像”的目的，这意味着对像散校正提出了严格要求。为了满足这一要求，光路结构中需要将聚焦镜改成复杂的超环面镜或者将平面光栅改成曲面光栅的设计，但这都将大幅增加光学元件的加工难度，从而增加光谱仪的成本。另外，业内还提出一种方案就是在光路结构中增加一面反射式柱面镜来消除色差，但这种方法的弊端在于增加一面反射镜会导致光路变大，不利于光谱仪的小型化，且交叉式切尼尔-特纳结构的光谱仪由于机构的紧凑而无法加入该反射式柱透镜。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出一种消像散光谱仪，能够校正像散，提高收集效率及灵敏度。

进一步来讲，该消像散光谱仪包括：入射狭缝；准直元件，设置于所述入射狭缝之后，用于将所述入射狭缝出射的光线变为平行光；色散元件，接收所述准直元件出射的平行光，用于将所述平行光在空间上按波长分散成为多条光束；聚焦元件，接收所述色散元件出射的多条光束，用于聚焦色散后的光束；探测装置，放置于所述聚焦元件出射光线的焦平面，用于测量各波长的聚焦光斑的强度；消像散元件，设置于所述探测装置之前，用于校正各波长的像散，在所述焦平面上获得能量集中的聚焦光斑。

可选地，在一些实施例中，所述消像散元件为柱透镜，所述柱透镜与所述焦平面平行设置。

可选地，在一些实施例中，所述消像散元件为柱透镜，所述柱透镜与所述焦平面成倾斜角度设置，根据所述柱透镜的曲率半径及所述柱透镜与焦平面的距离，调整不同波长的光经过所述柱透镜后到达焦平面的光程。

可选地，在一些实施例中，所述柱透镜的倾斜角度及曲率半径根据实际像散的大小及其随波长的变化关系设置；其中，所述柱透镜的曲率半径范围为2～20mm；所述柱透镜的倾斜角度的取值范围为0～15°

可选地，在一些实施例中，所述柱透镜适用于对称式和非对称式切尼尔-特纳结构。

可选地，在一些实施例中，所述色散元件为光栅或分光棱镜。

可选地，在一些实施例中，所述准直元件为反射镜或透镜。