光譜儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光譜分析領域，特別涉及一種寬波段全譜采集、無級次干擾的高分辨率光譜儀。
【背景技術】
[0002]在ICP_0ES、LIBS等光譜分析領域?qū)庾V儀的分辨能力要求較高，往往需要達到1pm級別，傳統(tǒng)的光譜儀多為Czerny-Turner型單道掃描式的單色儀或中階梯光柵、羅蘭圓結構的光譜儀。但是傳統(tǒng)的單色儀和羅蘭圓結構的光譜儀單純利用光柵進行分光，要實現(xiàn)較高的光譜分辨能力，必須采用大的焦距(如750mm或者1000mm)的光學系統(tǒng)，這樣不可避免的使光譜儀體積變得很龐大;若采用中階梯光柵二維分光光譜儀，光學分辨率較高，結構緊湊，但是在級次方面存在級次干擾，特別是長波段級次干擾嚴重。為解決級次干擾的問題，利曼公司采用自由曲面的棱鏡，但自由曲面的棱鏡加工困難，一致性難以保證;安道爾公司采用多個棱鏡，同時需要配合棱鏡材料折射率和阿貝數(shù)使得級次均勻，對材料的要求非?？量?，價格昂貴且加工困難。
[0003]此外，在現(xiàn)有的光譜儀中，一次曝光僅能采集紫外波段或長波段的光譜。為了實現(xiàn)寬波段全譜采集，在光學系統(tǒng)中增加運動機構進行長、短波切換，先采集紫外波段，再采集長波段，由此卻降低了光學系統(tǒng)的穩(wěn)定性與分析速度。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術方案中的不足，本實用新型提供了一種穩(wěn)定可靠、體積小、無級次干擾、分辨率高、一次曝光即可寬波段全譜采集的光譜儀。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]—種光譜儀，包括光源、狹縫、準直單元、分光單元、成像單元和檢測單元，所述分光單元進一步包括:
[0007]中階梯光柵，所述中階梯光柵的刻線數(shù)為90-160條/毫米，經(jīng)準直單元準直的測量光被所述中階梯光柵在波長方向分光；
[0008]棱鏡，所述棱鏡的角度為12-20°，經(jīng)中階梯光柵分光后的測量光被所述棱鏡在級次方向分光。
[0009]根據(jù)上述的光譜儀，優(yōu)選地，所述波長方向和級次方向相互垂直。
[0010]根據(jù)上述的光譜儀，優(yōu)選地，所述檢測單元為面陣檢測器，所述面陣檢測器采集165-850nm波長范圍內(nèi)的光譜。
[0011]根據(jù)上述的光譜儀，可選地，所述面陣檢測器的尺寸為20-30mm。
[0012]根據(jù)上述的光譜儀，優(yōu)選地，所述進一步包括:矯正單元，所述矯正單元設置在成像單元與檢測單元之間的測量光路上。
[0013]根據(jù)上述的光譜儀，可選地，所述矯正單元為矯正透鏡。
[0014]根據(jù)上述的光譜儀，可選地，所述矯正透鏡是單透鏡或雙膠合透鏡或自由曲面透Ho
[0015]根據(jù)上述的光譜儀，可選地，所述光譜儀進一步包括:光采集單元，所述光采集單元包括第一透鏡、多芯光纖和第二透鏡，光源發(fā)出的測量光經(jīng)第一透鏡會聚、多芯光纖傳播和第二透鏡會聚后穿過狹縫。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有的有益效果為:
[0017]1、本實用新型的光譜儀在波長方向采用中階梯光柵分光，在級次方向采用棱鏡分光，光譜儀體積小、分辨率高。
[0018]2、本實用新型采用刻線數(shù)為90-160條/毫米的高刻線中階梯光柵，角度為12-20°的大角度棱鏡，通過光柵刻線數(shù)和棱鏡角度的相互配合，使得譜線間距變大，實現(xiàn)無級次干擾。
[0019]3、本實用新型采用尺寸為20-30mm的大面陣檢測器而非一般12mm左右的面陣檢測器，一次曝光即可實現(xiàn)寬波段(165-850nm)全譜采集，譜線豐富，處理簡單，采集速度快，分析時間短。
[0020]4、本實用新型無需任何運動部件，具有很強的抗震動能力，光譜儀的穩(wěn)定性高。
【附圖說明】
[0021]參照附圖，本實用新型的公開內(nèi)容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是:這些附圖僅僅用于舉例說明本實用新型的技術方案，而并非意在對本實用新型的保護范圍構成限制。圖中:
[0022]圖1是本實用新型實施例1的光譜儀的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]圖1和以下說明描述了本實用新型的可選實施方式以教導本領域技術人員如何實施和再現(xiàn)本實用新型。為了教導本實用新型技術方案，已簡化或省略了一些常規(guī)方面。本領域技術人員應該理解源自這些實施方式的變型或替換將在本實用新型的范圍內(nèi)。本領域技術人員應該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本實用新型的多個變型。由此，本實用新型并不局限于下述可實施方式，而僅由權利要求和它們的等同物限定。
[0024]實施例1
[0025]圖1示意性地給出了本實施例的光譜儀的結構簡圖，如圖1所示，所述光譜儀包括:光源(圖中未示出)、狹縫1、準直單元2、分光單元3、成像單元4和檢測單元5;所述光源可以是ICP光源、激光器、元素燈或火焰等其中一種;所述分光單元3進一步包括:
[0026]中階梯光柵31，所述中階梯光柵的刻線數(shù)為90-160條/毫米，經(jīng)準直單元準直的測量光被所述中階梯光柵在波長方向分光；
[0027]棱鏡32，所述棱鏡的角度為12-20°，經(jīng)中階梯光柵分光后的測量光被所述棱鏡在級次方向分光；
[0028]所述波長方向和級次方向相互垂直。
[0029]所述準直單元和成像單元為本領域的現(xiàn)有技術，在此不再贅述。
[0030]為了提高光譜采集范圍，加快采集速度，一次曝光實現(xiàn)全譜采集，縮短分析時間，故:
[0031]進一步地，所述檢測單元為面陣檢測器，所述面陣檢測器的尺寸為20-30mm，可以采集165-850nm波長范圍內(nèi)的光譜。
[0032]采用大面陣檢測器進行紫外波段和長波段的寬光譜采集，可能引起譜線彎曲的問題。因此，為了提高光譜采集的穩(wěn)定性和分析數(shù)據(jù)的準確性，進一步地，所述光譜儀還包括:矯正單元6，所述矯正單元設置在成像單元與檢測單元之間的測量光路上。
[0033]進一步地，所述矯正單元為矯正透鏡。
[0034]本實施例還提供一種光譜分析方法，所述光譜分析方法包括以下步驟:
[0035](Al)提供本實施例的光譜儀；
[0036](A2)光源發(fā)出的測量光經(jīng)準直單元準直、中階梯光柵在波長方向分光后，進一步被棱鏡在級次方向分光，經(jīng)成像單元成像、矯正單元譜線矯正，最后由檢測單元進行全譜采集。
[0037]實施例2
[0038]本實施例提供一種光譜儀，與實施例1不同的是，所述光譜儀進一步包括:光采集單元，所述光采集單元包括第一透鏡、多芯光纖、第二透鏡，光源發(fā)出的測量光經(jīng)第一透鏡會聚、多芯光纖傳播和第二透鏡會聚后穿過狹縫，所述第一透鏡為單透鏡或雙膠合透鏡，所述第二透鏡為會聚透鏡。
[0039]進一步地，所述多芯光纖的芯數(shù)可根據(jù)光源情況設定，若光源為抖動光源，可增加多芯光纖的芯數(shù)，只要所述測量光經(jīng)所述第一透鏡耦合后全部成像在多芯光纖內(nèi)即可。
[0040]為了提高多芯光纖布局的合理性，故:
[0041]進一步地，所述多芯光纖的入口端根據(jù)光源的抖動方向排布;所述多芯光纖的出口端根據(jù)狹縫方向排布。
[0042]作為優(yōu)選，所述多芯光纖出口端的光纖排布方向與狹縫方向平行。
[0043]本實施例還提供一種光譜分析方法，與實施例1不同的是，所述光譜分析方法進一步包括:
[0044](BI)光源發(fā)出的測量光經(jīng)第一透鏡會聚、多芯光纖傳播和第二透鏡會聚后穿過狹縫，進一步被準直單元準直。
[0045]本實施例的益處在于:采用多芯光纖進行光采集，體積小、抗光源抖動性強，提高光譜分析的準確性，同時波導的靈活性使得分光單元可以靈活排布，進一步減小體積。
[0046]實施例3
[0047]本實用新型實施例1的光譜儀的應用例。在該應用例中，中階梯光柵的刻線數(shù)為98.7條/毫米，棱鏡的角度為15°，面陣檢測器的尺寸為25 X 25mm，在成像單元與面陣檢測器之間設置矯正透鏡(如單透鏡、雙膠合透鏡或自由曲面透鏡)；通過中階梯光柵的刻線數(shù)和棱鏡角度的相互配合，使得面陣檢測器上顯示的譜線間距加大，解決長波段光譜譜線重疊的問題。在此基礎上，通過面陣檢測器尺寸的配合以及矯正透鏡的設置，一次曝光即可實現(xiàn)無級次干擾的全譜(165-850nm)采集。
[0048]上述實施方式不應理解為對本實用新型保護范圍的限制。本實用新型的關鍵是:通過中階梯光柵的刻線數(shù)、棱鏡的角度相互配合實現(xiàn)無級次干擾;同時采用大面陣檢測器，一次曝光即可實現(xiàn)寬光譜采集。在不脫離本實用新型精神的情況下，對本實用新型作出的任何形式的改變均應落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種光譜儀，包括光源、狹縫、準直單元、分光單元、成像單元和檢測單元，其特征在于:所述分光單元進一步包括: 中階梯光柵，所述中階梯光柵的刻線數(shù)為90-160條/毫米，經(jīng)準直單元準直的測量光被所述中階梯光柵在波長方向分光； 棱鏡，所述棱鏡的角度為12-20°，經(jīng)中階梯光柵分光后的測量光被所述棱鏡在級次方向分光。2.根據(jù)權利要求1所述的光譜儀，其特征在于:所述波長方向和級次方向相互垂直。3.根據(jù)權利要求1所述的光譜儀，其特征在于:所述檢測單元為面陣檢測器，所述面陣檢測器采集165-850nm波長范圍內(nèi)的光譜。4.根據(jù)權利要求3所述的光譜儀，其特征在于:所述面陣檢測器的尺寸為20-30_。5.根據(jù)權利要求1所述的光譜儀，其特征在于:所述光譜儀進一步包括: 矯正單元，所述矯正單元設置在成像單元與檢測單元之間的測量光路上。6.根據(jù)權利要求5所述的光譜儀，其特征在于:所述矯正單元為矯正透鏡。7.根據(jù)權利要求1所述的光譜儀，其特征在于:所述光譜儀進一步包括: 光采集單元，所述光采集單元包括第一透鏡、多芯光纖和第二透鏡，光源發(fā)出的測量光經(jīng)第一透鏡會聚、多芯光纖傳播和第二透鏡會聚后穿過所述狹縫。
【專利摘要】本實用新型涉及一種光譜儀，包括光源、狹縫、準直單元、分光單元、成像單元和檢測單元，所述分光單元進一步包括：中階梯光柵，所述中階梯光柵的刻線數(shù)為90-160條/毫米，經(jīng)準直單元準直的測量光被所述中階梯光柵在波長方向分光；棱鏡，所述棱鏡的角度為12-20°，經(jīng)中階梯光柵分光后的測量光被所述棱鏡在級次方向分光。本實用新型具有穩(wěn)定可靠、體積小、無級次干擾、分辨率高、寬波段全譜采集等優(yōu)點。
【IPC分類】G01J3/02
【公開號】CN205317346
【申請?zhí)枴緾N201620026085
【發(fā)明人】李銳, 韓雙來, 壽淼鈞, 俞曉峰, 喻正寧, 呂全超, 夏曉峰
【申請人】杭州譜育科技發(fā)展有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月1日