[发明专利]一种多通道宽带高分辨光谱仪

说明书

本发明公开一种多通道宽带高分辨光谱仪，包括沿光源入射或反射路线，依次设置的若干光源入射狭缝、由多个子光栅组成的多通道集成光栅、多通道共用的二维聚焦成像镜，以及二维面阵探测器；入射光沿各光源入射狭缝入射到对应的集成光栅上，经集成光栅衍射后被共用的二维聚焦成像镜聚焦，全光谱区衍射光入射到二维面阵探测器焦平面检测。无任何机械位移部件，实现多通道全光谱的高速检测和分析，具有很高的光谱分辨率和工作可靠性。

技术领域

本发明属于光学电子器件技术领域，具体涉及一种多通道宽带高分辨光谱仪。

背景技术

光谱仪又称分光仪，广泛为认知的为直读光谱仪。以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。它由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上(或扫描某一波段)进行强度测定。分为单色仪和多色仪两种。

单色仪是一种光子能量和波长选择器，是一种基本的光谱分析和测量仪器，在光学和光电子领域有着广泛的应用，其中应用最广泛的是光栅型单色仪。依据光栅衍射原理：

dsinθ_m＝mλ+g_o

式中d是光栅的槽间距，θ_m是第m级的波长为λ的光子在空间的分布角，g_o是与光学系统设计有关的常数，取m＝1，就可在不同θ角位置上获得相应波长的第一级高效率衍射光子。

但在传统光栅单色仪设计中，固定入射和出射狭缝位置不变，采用一个机械传动装置，控制光栅的θ角转动，实现对波长进行扫描。这就导致在实际应用中存在一些不足，如：(1)需要机械控制光栅转动，实现光栅扫描。(2)当单色仪在较宽的波长区工作时，为提高仪器的波长分辨率和衍射效率，需依据工作波长区更换光栅。(3)需依据波长应用范围，至少需要使用一块甚至数块滤色片，将m≥2高次衍射光滤去。(4)每次仅采用一个光电探测器，难以满足在相同物理和空间条件下对多光谱通道的实时快速测量分析的要求。

因此，在目前大多数商品单色仪结构中，均需要通过独立的机械结构以及采用多个光电探测器给予实现，给应用带来不便。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种无需任何机械传动机构的多通道宽带高分辨光谱仪。

技术方案：本发明所述多通道宽带高分辨光谱仪，包括沿光源入射或反射路线，依次设置的若干光源入射狭缝、由多个子光栅组成的多通道集成光栅、多通道共用的二维聚焦成像镜，以及二维面阵探测器；

每个光源入射狭缝作为一个光谱通道入射口，子光栅按照光谱通道数组合成独立的集成光栅；光源通过狭缝入射到准直反射镜，以垂直于入射面的方向为y方向，各子光栅沿y方向排列，且每块子光栅在入射面内沿衍射波长分布的x方向具有相同的衍射张角范围；

入射光沿各光源入射狭缝入射到对应的集成光栅上，经集成光栅衍射后被共用的二维聚焦成像镜聚焦，全光谱区衍射光入射到二维面阵探测器焦平面检测。

本发明进一步优选地技术方案为，子光栅的总数为n，n块子光栅按光谱通道数h进行组合，每个独立光谱通道所含的子光栅数为k，且k＝n/h。

作为优选地，各通道子光栅的个数k取决于总的宽光谱区λ和子波长区的宽度△λ_k，即：k＝λ/△λ_k。

优选地，每块子光栅在入射面内沿x方向的衍射张角范围为Δθ，即：

Δθ₁(Δλ₁)＝Δθ₂(Δλ₂)＝……＝Δθ_k(Δλ_n) (1)

式中：