[发明专利]一种光栅光谱仪可变分辨带宽实现与调试系统及方法

说明书

本发明公开了一种光栅光谱仪可变分辨带宽实现与调试系统及方法，包括中间狭缝组和出射狭缝组，中间狭缝组和出射狭缝组分别设置狭缝宽度，入射光经过中间狭缝组过滤后进入分光系统进行分光，分选得到的光经过反射聚焦系统聚焦后进入出射狭缝组，出射狭缝组的出射光进入聚焦探测系统；实时对中间及出射狭缝组的步进电机进行转动计数，并以此作为反馈，闭环控制驱动中间狭缝组和出射狭缝组，通过调节中间狭缝组的狭缝宽度从而阻挡杂散光进入，通过调节出射狭缝组的狭缝宽度以改变光谱分辨带宽和进入聚焦探测系统的光能量，以实现光谱分辨带宽的调节和杂散光的抑制。本发明选用双狭缝组代替推动狭缝的两个刀片横向分离运动从而实现狭缝宽度可变，具有结构简单，可靠性高的优点。

技术领域

本发明涉及一种光栅光谱仪可变分辨带宽实现与调试系统及方法。

背景技术

目前，光纤通信技术由于具有传输容量大、传输速率高、抗电磁干扰、保密性强等优点，已经在军事、工业、农业、医疗和科学研究等各个领域得到了飞速发展和广泛应用。光栅旋转型光谱分析仪是光纤通信系统中最通用的光频率域测量仪器，光谱分辨带宽是光栅旋转型光谱分析仪核心技术指标之一，狭缝是光栅分光单元的重要组成部分，其是由一对刀口在光通路上形成的缝隙，狭缝的宽度直接影响光谱分析仪的光谱分辨带宽指标。光谱分辨带宽δλ与狭缝像的空间宽度δL的关系为：

其中dl/dλ为光栅的线色散率，由下式决定：

式中，m为光谱级次，f2为聚焦系统的焦距，β为衍射角，d为光栅常数，σ为焦面相对垂直平面的倾角。

在近场和像差矫正较好的条件下，取σ＝0，将式(2)带入式(1)中有：

狭缝像的宽度是狭缝像的几何宽度a₁′和衍射宽度a′₂的和，其中：

式中，f1为准直系统的焦距，a1为狭缝宽度，α为入射角，λ为入射光波长，D为光栅的尺度。由于衍射宽度远远小于狭缝像的几何宽度，取a′₂≈0，则狭缝像的宽度a′为：

a′＝a₁′+a′₂≈a₁′＝δL (6)

带入式(3)有：

可见，对于衍射光栅和系统焦距确定的光谱分析仪，其光谱分辨带宽主要是由分光单元中的狭缝宽度所决定的。另外，狭缝的宽窄也控制着分光系统中有效光强度的大小，狭缝宽度越窄，意味着到达探测器的光强度越弱，同时，进入探测器的杂散光也越少，对于要求光谱分辨带宽可变的光谱分析仪，要求狭缝宽度必须是可变的，因此，解决高分辨带宽与弱光强度之间的矛盾，合理的选择狭缝宽度至关重要。