高分辨率的雙光柵單色儀光路裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術屬于光譜測量儀器領域，為提出結構簡單、體積小，又滿足高分辨率要求的單色儀或光譜儀器，本發明專利技術采用的技術方案是高分辨率的雙光柵單色儀光路裝置，結構是由光環形器，光纖信號輸入端口，入射光纖端口，準直與聚焦鏡，光柵1，光柵2，光柵旋轉機構和出射光纖端口組成；光纖信號輸入端口連接光環行器的第一端口,光信號經過光環行器的第二端口從入射光纖端口進入自由空間，經過雙膠合透鏡準直以后照射到光柵1上發生第一次衍射，光柵1將光信號衍射到光柵2上進行第二次衍射，緊接著光柵2又將光信號按原路衍射回光柵1進行第三次衍射，第三次衍射光按第一次衍射的入射角返回雙膠合透鏡。本發明專利技術主要應用于光譜測量儀器設計制造。

High resolution double grating monochromator optical path device

The invention belongs to the field of spectral measurement instrument, of simple structure and small volume, and meet the requirements of high resolution monochromator or spectrometer, the technical scheme of the invention is a double grating monochromator with high resolution optical device, structure is composed of an optical circulator, optical signal input port, input fiber port, collimating and focusing mirror 1 2, grating, grating, grating rotating mechanism and the exit port of the first port fiber; fiber signal input ports circulator, optical signal through the circulator second port from the incident optical port into the free space, through the lens alignment after exposure to the 1 on the first grating diffraction grating, 1 the light signal to the diffraction grating 2 second diffraction grating 2, followed by the optical signal according to the original road back to gate 1 for the third diffraction diffraction, third The diffracted light returns the doublet lens at the first diffraction angle of incidence. The invention is mainly applied to the design and manufacture of spectral measuring instruments.

【技術實現步驟摘要】
高分辨率的雙光柵單色儀光路裝置
本專利技術屬于光譜測量儀器領域，涉及機電系統、光學元件、光電測量系統，具體涉及一種高分辨率的雙光柵單色儀光路裝置。
技術介紹
光譜測量儀器被廣泛應用于多種領域，如顏色測量、化學成份的濃度檢測或電磁輻射分析等。光譜儀器一般都包括入射狹縫、準直鏡、色散元件(光柵或棱鏡)、聚焦光學系統和探測器。而在單色儀中通常還包括出射狹縫，讓整個光譜中一個很窄的部分照射到單象元探測器上。單色儀中的入射和出射狹縫往往位置固定，通過旋轉光柵來對整個光譜進行掃描。它是應用光學技術及光譜檢測技術原理,對物質的結構和組成進行觀測、分析和處理的基本設備,具有分析精度高、測量范圍大、測量速度快和樣品用量少等優點,廣泛用于冶金、地質、石油化工、醫藥衛生、環境保護等部門,也是航空航天、宇宙探索、資源和水文勘測所必不可少的儀器,具有極為重要的應用價值與廣闊的市場前景。不同領域的應用對光譜儀器的分辨率有特定的要求，在某些要求比較高的領域為了高的分辨率不得不采用增大透鏡和光柵尺寸或者級聯單色器的方法，這增加了儀器的體積和重量，又不利于特殊環境下的便攜要求。本專利技術主要光路只采用兩塊衍射光柵和一個透鏡，具有機構緊湊體積小的優點，同時兩塊光柵形成3次衍射，提高了儀器的分辨率。隨著制造工藝水平的進步,光柵制造技術得到了快速的發展，近年來由于成功的應用干涉計量技術實現了對光柵刻劃機的精密控制，使得高質量光柵的復制成為可能，光柵在各種光電測量儀器中得到了廣泛的應用。采用光柵衍射色散技術的光譜儀器已成為當今光譜儀的主要發展趨勢。一般光柵單色儀或光譜儀光路結構由入射狹縫，準直鏡，衍射光柵，聚焦鏡和出射狹縫或CCD探測器構成，傳統的光路結構中入射光只發生一次衍射，分辨率受光柵線密度的限制，難以做到很高。為了達到更高的分辨率，當今的主流做法是將兩個單色儀光路級聯，即在一塊光柵衍射分光以后再串入第二塊光柵進行第二次衍射，例如中科院長春光學精密機械與物理所專利技術的高分辨率高純度光柵單色儀分光結構(中國專利：CN103226244A)。該結構的光譜儀中需要多個準直和聚焦鏡，同時為了達到篩選波長的目的，必須對兩塊光柵同時進行精密的轉動，儀器體積龐大，結構復雜，機電控制難度高。如果要實現更加高的分辨率，就必須再級聯第三個單色儀光路，整個儀器的體積和復雜度將會變得難以接受。EXFO公司的光通信信道檢測光譜儀的光路(美國專利：US6636306B2)，主要包括：入射狹縫，準直元件，光柵，直角棱鏡，聚焦元件，出射狹縫和機械旋轉機構。這種光路結構的功能實際上是可選波長的單色器，即將待測的復色光信號分解為各單色光信號。工作過程是：準直元件將從入射狹縫出射的發散復色光準直為平行光照射到光柵上半部分上，光柵將復色光分解為單色光，各單色光被直角棱鏡再次反射到光柵下半部分，形成第二次分光后，只有一路單色光被聚焦元件聚焦于出射狹縫上輸出至探測電路，通過機械旋轉機構帶動直角棱鏡旋轉完成選光功能。由于該光路結構仍是發生了兩次衍射，其分辨率與雙級聯光譜儀相當。同時，兩次衍射需要照射到光柵上下兩部分，因此需要光柵的面積很大。針對上述缺陷，研制結構簡單、體積小，又滿足高分辨率要求的單色儀或光譜儀器是十分必要的。
技術實現思路
為克服現有技術的不足，本專利技術旨在提出結構簡單、體積小，又滿足高分辨率要求的單色儀或光譜儀器。本專利技術采用的技術方案是高分辨率的雙光柵單色儀光路裝置，結構是由光環形器，光纖信號輸入端口，入射光纖端口，準直與聚焦鏡，光柵1，光柵2，光柵旋轉機構和出射光纖端口組成；光纖信號輸入端口連接光環行器的第一端口,光信號經過光環行器的第二端口從入射光纖端口進入自由空間，經過雙膠合透鏡準直以后照射到光柵1上發生第一次衍射，光柵1將光信號衍射到光柵2上進行第二次衍射，緊接著光柵2又將光信號按原路衍射回光柵1進行第三次衍射，第三次衍射光按第一次衍射的入射角返回雙膠合透鏡，然后被雙膠合透鏡聚焦后進入入射光纖端口，從光環行器的第二端口進入后，從第三端口即光纖出射端口出射；光柵旋轉機構是具有可繞固定中心軸周期性擺動的機電系統；光柵旋轉機構帶動固定在其上面的光柵2轉動形成角度掃描，通過光柵2的角度掃描，不同波長的單色光分別從光纖出射端口出射。光纖出射端口后面放置單元探測器,在光柵旋轉結構掃描過程中,不同波長的單色光依次以特定衍射角經光柵三次衍射分光，從而實現不同波長的單色光在探測器上的連續掃描探測。準直和聚焦鏡為同一消色差雙膠合透鏡。外部待測光信號,可以為自由空間光信號，自由空間光信號需先耦合進光纖,然后經光纖引入信號輸入端口。光纖連接裝置既可是標準的FC端口光纖連接器,又可是標準的SMA端口光纖連接器。雙膠合準直和聚焦透鏡也可以是離軸拋物面反射鏡。光柵1也可以是平面透射式衍射光柵。本專利技術的特點及有益效果是：本專利技術采用兩塊平面反射式衍射光柵對待測光信號進行衍射，經光柵三次分光,提高了此類光譜儀器的光學分辨率,使其在較寬的光譜范圍內具有較高的光譜分辨率,能夠被廣泛應用于各個光譜波段,根據具體需要可以采用靈活的參數設計，具有明顯的技術優勢，同時具備結構簡單、緊湊，體積小的特點。附圖說明：圖1為本專利技術的結構原理圖:圖中1為光纖信號輸入端口、2為入射光纖端口、3為準直與聚焦鏡、4為平面衍射光柵1、5為平面衍射光柵2、6為光柵旋轉機構、7為出射光纖端口、8為光環形器；圖2為本專利技術的具體實施例的仿真結構圖；圖3為本專利技術的具體實施例的1335nm、1336nm、1337nm多波長仿真光斑點列圖；圖4為本專利技術的具體實施例的接收光纖面內仿真光斑點列圖。具體實施方式本專利技術提供的高分辨率雙光柵單色儀光路結構是由光環形器，光纖信號輸入端口，入射光纖端口，準直與聚焦鏡，光柵1，光柵2，光柵旋轉機構和出射光纖端口組成。光纖信號輸入端口連接光環行器的第一端口,光信號經過光環行器的第二端口從入射光纖端口進入自由空間，自由空間是相對于光纖等器件而言的，是指在空氣或者真空等不存在實質傳輸介質的路徑中傳播。經過雙膠合透鏡準直以后照射到光柵1上發生第一次衍射，光柵1將光信號衍射到光柵2上進行第二次衍射，緊接著光柵2又將光信號按原路衍射回光柵1進行第三次衍射，第三次衍射光按第一次衍射的入射角返回雙膠合透鏡，然后被雙膠合透鏡聚焦后進入入射光纖端口，從光環行器的第二端口進入后，從第三端口即光纖出射端口出射。光柵旋轉機構帶動固定在其上面的光柵2轉動形成角度掃描，通過光柵2的角度掃描，不同波長的單色光分別從光纖出射端口出射。光纖出射端口后面放置高靈敏度單元探測器,在光柵旋轉結構掃描過程中,不同波長的單色光依次以特定衍射角經光柵三次衍射分光，從而實現不同波長的單色光在探測器上的連續掃描探測。準直和聚焦鏡為同一消色差雙膠合透鏡。本專利技術采用了新結構的光學分光系統,利用兩塊平面衍射光柵對入射光進行三次衍射，具有分辨率高、結構簡單和體積小的優勢。本專利技術中,外部待測光信號,可以為自由空間光信號，自由空間光信號需先耦合進光纖,然后經光纖引入信號輸入端口。本專利技術中,光纖連接裝置既可是標準的FC端口光纖連接器,又可是標準的SMA端口光纖連接器。本專利技術中，雙膠合準直和聚焦透鏡也可以是離軸拋物面反射鏡。本專利技術中，光柵1也可以是平面透射式衍射光柵。本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高分辨率的雙光柵單色儀光路裝置，其特征是，結構是由光環形器，光纖信號輸入端口，入射光纖端口，準直與聚焦鏡，光柵1，光柵2，光柵旋轉機構和出射光纖端口組成；光纖信號輸入端口連接光環行器的第一端口,光信號經過光環行器的第二端口從入射光纖端口進入自由空間，經過雙膠合透鏡準直以后照射到光柵1上發生第一次衍射，光柵1將光信號衍射到光柵2上進行第二次衍射，緊接著光柵2又將光信號按原路衍射回光柵1進行第三次衍射，第三次衍射光按第一次衍射的入射角返回雙膠合透鏡，然后被雙膠合透鏡聚焦后進入入射光纖端口，從光環行器的第二端口進入后，從第三端口即光纖出射端口出射；光柵旋轉機構是具有可繞固定中心軸周期性擺動的機電系統；光柵旋轉機構帶動固定在其上面的光柵2轉動形成角度掃描，通過光柵2的角度掃描，不同波長的單色光分別從光纖出射端口出射。

【技術特征摘要】
1.一種高分辨率的雙光柵單色儀光路裝置，其特征是，結構是由光環形器，光纖信號輸入端口，入射光纖端口，準直與聚焦鏡，光柵1，光柵2，光柵旋轉機構和出射光纖端口組成；光纖信號輸入端口連接光環行器的第一端口,光信號經過光環行器的第二端口從入射光纖端口進入自由空間，經過雙膠合透鏡準直以后照射到光柵1上發生第一次衍射，光柵1將光信號衍射到光柵2上進行第二次衍射，緊接著光柵2又將光信號按原路衍射回光柵1進行第三次衍射，第三次衍射光按第一次衍射的入射角返回雙膠合透鏡，然后被雙膠合透鏡聚焦后進入入射光纖端口，從光環行器的第二端口進入后，從第三端口即光纖出射端口出射；光柵旋轉機構是具有可繞固定中心軸周期性擺動的機電系統；光柵旋轉機構帶動固定在其上面的光柵2轉動形成角度掃描，通過光柵2的角度掃描，不同波長的單色光分別從光纖出射端口出射。2.如權利要求1所述的高分辨率的雙光柵單色儀光路裝置，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：龐亞軍，張尹馨，黃戰華，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津,12