一種提高光通量的光譜測量裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術提供了一種提高光通量的光譜測量裝置，所述裝置是通過增大傳統色散光譜儀或光譜測量系統中的入射狹縫的寬度，并在傳統的色散光譜儀或光譜測量系統中的光柵后面增加一組成像鏡頭來測量零級光譜，利用該零級光譜和原有的光譜測量系統中所測的一級光譜之間的數學關系，通過計算得出新的光譜。該新的光譜比傳統的采用較小狹縫的光譜測量系統獲得的光譜具有更強的光能量，與此同時，還能保持采用較小狹縫的光譜測量系統所具有的高分辨率。本實用新型專利技術能有效的提高入射光譜儀器的光通量，并通過數學計算來保證較高的光譜分辨率。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本技術提供了一種提高光通量的光譜測量裝置，所述裝置是通過增大傳統色散光譜儀或光譜測量系統中的入射狹縫的寬度，并在傳統的色散光譜儀或光譜測量系統中的光柵后面增加一組成像鏡頭來測量零級光譜，利用該零級光譜和原有的光譜測量系統中所測的一級光譜之間的數學關系，通過計算得出新的光譜。該新的光譜比傳統的采用較小狹縫的光譜測量系統獲得的光譜具有更強的光能量，與此同時，還能保持采用較小狹縫的光譜測量系統所具有的高分辨率。本技術能有效的提高入射光譜儀器的光通量，并通過數學計算來保證較高的光譜分辨率。【專利說明】一種提高光通量的光譜測量裝置
本技術涉及光譜學、光譜測量及儀器
，具體地，涉及一種提高光通量的光譜測量裝置。
技術介紹
光譜工作范圍、光譜分辨率、光通量以及探測噪聲和動態范圍等是反映光譜儀器性能的主要參數。在許多應用中，以上參數都是十分重要的。例如:較高的光譜分辨率可以得到目標譜圖的更精細的結構信息，從而允許更為精細的分析。較高的光通量可以提高檢測物質的靈敏度，降低檢測限。 自從1802年威廉.沃拉斯頓在色散光譜儀中使用狹縫來提高光譜儀的光譜分辨率后，狹縫便成為色散光譜儀的一個重要組成部分。然而，較小寬度的狹縫在提高分辨率的同時阻擋了大部分的入射光，導致入射光通量較小，影響了儀器探測物質的靈敏度。這就是人們所熟知的色散光譜儀中分辨率和光通量之間的矛盾。一些設計方案已被陸續提出，來緩解或解決該矛盾。 在過去的幾十年里，兩個最重要的提高光譜儀性能的方法分別為編碼孔徑成像光譜儀(CAS)和傅立葉變換光譜儀(FTS)。對于CAS來說，只有編碼孔足夠小才能達到較好的分辨率，然而，小的編碼孔帶來的光學衍射和光學模糊對測量結果造成了一定的影響。傳統的FTS的核心部件是干涉儀，系統中的機械掃描元件使儀器的結構和整體裝配變得復雜。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本技術的目的是提供一種提高光通量的光譜測量裝置，能夠突破傳統高分辨率和高光通量之間的矛盾，實現高光通量的同時獲得高分辨率。 為實現以上目的，本技術采用以下技術方案: 所述提高光通量的光譜測量裝置，包括分光測量單元和光譜數據處理器兩個部分，其中:分光測量單元包括入射狹縫、準直鏡、光柵、狹縫成像鏡、光譜成像鏡、第一 CCD和第二 CCD，入射狹縫寬度大于傳統色散光譜儀或光譜測量系統中的入射狹縫的寬度一倍以上；被測光源由外光路或光纖耦合進入分光測量單元，即:經入射狹縫后經過準直鏡準直變成平行光，平行光以一定角度入射光柵，經光柵衍射后以不同角度出射，其中的零級光譜經過狹縫成像鏡將入射狹縫成像于第一 CCD，一級衍射光經過光譜成像鏡將光譜成像于第二 CXD ;第一 CXD與第二 CXD的信號連接到光譜數據處理器。 作為一個優選方案，所述準直鏡、狹縫成像鏡和光譜成像鏡的焦距相同。 作為一個優選方案，所述裝置中的全部光路采用反射式光路，或者全部采用透射式光路。 作為一個優選方案，所述裝置中的成像光路采用透射式光路，光柵采用反射式光路；或成像部分采用反射式光路，光柵采用透射式光路。 作為一個優選方案，所述光譜數據處理器對第一 CXD與第二 CXD的信號進行前置處理、放大、A/D轉換、去噪和反卷積運算，最終獲得待測光譜。 與現有技術相比，本技術具有如下的有益效果: 本技術通過增大傳統色散光譜儀或光譜測量系統中的入射狹縫的寬度，并在傳統的色散光譜儀或光譜測量系統中的光柵后面增加一組成像鏡頭來測量零級光譜，光譜數據處理器利用該零級光譜和原有的光譜測量系統中所測的一級光譜之間的關系，對信號進行處理得出新的光譜。該新的光譜比傳統的采用較小狹縫的光譜測量系統獲得的光譜具有更強的光能量，與此同時，還能保持采用較小狹縫的光譜測量系統所具有的高分辨率。 本技術引入了光譜數據處理器來處理光譜，只在傳統光譜儀原有的結構基礎上進行了較小的改動，但可以同時實現高分辨率和高通量，對于傳統光譜儀的性能，特別是在弱光源的情況下，有較大的提升與改善。 【專利附圖】【附圖說明】 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯: 圖1 (a)_圖1 (d)為本技術測量系統實施例的光路原理圖； 圖2為本技術一實施例應用在拉曼光譜測量系統上的光路圖； 圖3為采用圖2光路進行光譜測量得到的光譜數據圖； 圖4為采用傳統小狹縫測量得到的光譜和應用本技術大狹縫獲得重構光譜的對比圖(強度做了歸一化)； 圖中:100-分光測量單元；200_光譜數據處理器；1-入射狹縫；2_準直鏡；3_光柵；4_狹縫成像鏡；5_光譜成像鏡；6_第一 CXD ;7_第二 (XD。 【具體實施方式】 下面結合具體實施例對本技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本技術，但不以任何形式限制本技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本技術構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本技術的保護范圍。 本實施例提供一種提高光通量的光譜測量裝置，一般的光譜儀狹縫寬度取值在幾個微米至幾百微米范圍，本技術中狹縫寬度增大的范圍:一般是大于原有的狹縫一倍以上。通過將傳統的色散光譜儀或光譜測量系統中的寬度小的狹縫更改為寬度稍大的狹縫來提高入射光通量，并在光柵后面增加一組成像鏡頭來測量零級光譜，利用該零級光譜和原有的光譜測量系統中所測的一級光譜之間的關系，得出新的光譜。 如圖1所示，為本技術一個優選實施例，光譜測量裝置包括分光測量單元100和光譜數據處理器200，其中:分光測量單元包括入射狹縫1、準直鏡2、光柵3、狹縫成像鏡4、光譜成像鏡5、第一 CCD6和第二 CCD7，入射狹縫I寬度大于傳統色散光譜儀或光譜測量系統中的入射狹縫的寬度一倍以上；被測光源由外光路或光纖耦合進入分光測量單元100。待測光通過入射狹縫I射入準直鏡2后變成平行光，平行光以一角度入射光柵3，經過光柵3衍射后以不同角度出射，其中的零級光經狹縫成像鏡4將入射狹縫成像于第一 CCD6上，故第一 CCD 6檢測到的是入射光照射下的狹縫像，反映的是入射光源在狹縫面上的光強分布；其中的一級衍射光經光譜成像鏡5將光譜成像于第二 CXD 7上，故第二 CXD 7檢測到的是的入射光經由入射狹縫1、準直鏡2、光柵3和光譜成像鏡5組成的色散成像系統獲得的一級光譜分布。 假設入射光以一角度Θ i平行入射于光柵3,波長為λ的光以Θ角度衍射,則滿足光柵方程 d (sin Θ i^sin Θ ) = j λ 其中:d是光柵常數，Qi是入射角，Θ是衍射角，j是衍射級次，對于一級光譜j = 1 如果準直鏡2、狹縫成像鏡4和光譜成像鏡5的焦距相同，均為f，忽略像差的情況下放大率為1，第二 CCD 7上所接收到的是不同波長的準單色光照明下的入射狹縫I所成像的疊加像，光譜的帶寬取決于入射狹縫I的寬度、光柵刻線、焦距等因素，如果入射狹縫I沿寬度方向(設為X軸方向)的尺寸等于第二 CCD 7像素單元寬度的N倍，由于不同波長的光的衍射角不同，所以成像的位置也不同，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高光通量的光譜測量裝置，其特征在于，所述裝置包括分光測量單元和光譜數據處理器，其中：分光測量單元包括入射狹縫、準直鏡、光柵、狹縫成像鏡、光譜成像鏡、第一CCD和第二CCD，入射狹縫寬度大于傳統色散光譜儀或光譜測量系統中的入射狹縫的寬度一倍以上；被測光源由外光路或光纖耦合進入分光測量單元，即：經入射狹縫后經過準直鏡準直變成平行光，平行光以一角度入射光柵，經光柵衍射后以不同角度出射，其中的零級光譜經過狹縫成像鏡將入射狹縫成像于第一CCD，一級衍射光經過光譜成像鏡將光譜成像于第二CCD；第一CCD與第二CCD的信號連接到光譜數據處理器。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃梅珍，鄒燁，汪洋，余鎮崗，孫振華，季蕓，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：新型
國別省市：上海;31