专利名称：一种凹面光栅装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学技术领域，特别是涉及一种凹面光栅装置。
技术背景Seya-Namioka(濑谷-波网)装置是光栅光谱仪中不采用罗兰圆原理的一种凹面 光栅装置，入射狭缝和出射狭缝置于罗兰圆外，调节波长时转动光栅进行波长扫描，两个狭 缝固定不动。该装置结构简单，有效使用波段范围窄，用于真空摄谱仪和真空单色仪。采用 凹面光栅的Seya-Namioka装置，可以在一定的范围和条件下，只转动光栅，保持入射和出 射狭缝不动，在出射狭缝处得到所需波长的狭缝像。现有技术的一种Seya-Namioka装置的结构如图1所示，S1、S2分别为入射狭缝和 出射狭缝，G为凹面光栅。当光栅G转动时，出射狭缝S2处可以得到相应波长的像。但是，要想在出射狭缝S2处得到不同波长的精确聚焦的像，其入射光线和衍射光 线间的夹角δ较大，这样导致该装置的像散较大，成像质量降低。如果减小夹角δ，系统像 散会随之减小，但不同波长的像又不能精确聚焦到出射狭缝S2处。
实用新型内容本实用新型要解决的问题是提供一种凹面光栅装置，以克服现有技术的凹面光栅 装置中夹角S减小导致不能精确聚焦的缺陷。为达到上述目的，本实用新型的技术方案提供一种凹面光栅装置，所述装置包括 凹面光栅⑴、氘灯⑵、钨灯(3)、光学镜面(4)和出射狭缝(5)；氘灯(2)和钨灯(3)为入 射光源，氘灯(2)和钨灯(3)之间通过光学镜面(4)进行切换，氘灯(2)和钨灯(3)的衍射 光线均到达出射狭缝(5)处。优选地，所述光学镜面(4)包括反射镜或半透半反镜。优选地，所述氘灯(2)和钨灯(3)的出射像精确聚焦到出射狭缝(5)处。与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有如下优点本实用新型的凹面光栅装置在入射光线和衍射光线夹角较小的情况下，能够将不 同波长的光精确聚焦到出射狭缝处，既改变了像质，又可以提高光能量的利用率。
图1为现有技术的一种Seya-Namioka装置的结构示意图；图2为本实用新型的一种凹面光栅装置的结构示意图；图3a为本实用新型的一种^随m变化的关系曲线r Ψ图3b为本实用新型的一种^随0变化的关系曲线r Ψ图4为现有技术的Seya-Namioka装置对550nm的成像情况示意图；图5为现有技术的Seya-Namioka装置对220nm的成像情况示意图；[0017]图6为本实用新型的凹面光栅装置对550nm的成像情况示意图；图7为本实用新型的凹面光栅装置对220nm的成像情况示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细描述。以下 实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。本实用新型的一种凹面光栅装置的结构如图2所示，所述装置包括凹面光栅1、氘 灯2、钨灯3、光学镜面4和出射狭缝5 ；氘灯2和钨灯3为入射光源，氘灯2和钨灯3之间通 过光学镜面4进行切换，氘灯2和钨灯3的衍射光线均到达出射狭缝5处。其中，所述光学 镜面4包括反射镜或半透半反镜，所述氘灯2和钨灯3的出射像精确聚焦到出射狭缝5处。作为入射光源的氘灯2和钨灯3取代入射狭缝，氘灯2到凹面光栅1的距离为rl， 钨灯3到凹面光栅1的距离为r2。氘灯2和钨灯3的衍射光线均到达出射狭缝5处，距离 为r3。本装置入射光线和出射光线夹角δ较小，系统像散大大降低，由于氘灯2和钨灯3 到凹面光栅1的距离rl和r2采用优化设计，使氘灯2和钨灯3的出射像基本能够精确聚 焦到出射狭缝5处，从而提高了光能的利用力，大大改善了光学系统质量。本实用新型的凹面光栅装置的光学原理如下假设凹面光栅的曲率半径为P，入射光线和衍射光线的夹角为δ，入臂和出臂分 别为r和r'，入射角和衍射角分别为i和θ，当光栅转角为ρ时满足下列关系式 上面(1)和⑵式中，当取不同的δ和￡时，^随m的变化情况，以求^不随⑦的
变化而变化的S值，通过优化设计可以得到较为理想的系统。图3a和图3b为夹角δ取
48°，选用￡二1_04得到的^随变化的关系曲线图。图中曲线表明，不同波长的狭缝像基本 rr Ψ
能够精确聚焦到出射狭缝5处。同时，为了描述系统成像质量及色散效果，本实用新型通过光学设计软件Zemax 对其成像情况进行分析，原Seya-Namioka装置对550nm和220nm的成像情况分别如图4和 图5所示。由图4和图5可以看出，紫外光和可见光不可能同时在同一点成理想的子午像，由 于系统所限，导致必然存在短波或长波在成像点处出现较为严重的子午弧矢彗差，从而使 光斑能量不能在弧矢方向均勻分布。本实用新型凹面光栅装置的光学系统将光源部分的氘灯和钨灯采用不等间距设 计，使氘灯和钨灯到光栅的距离各自选取适当的值，使成像位置与狭缝位置择优匹配。图6和图7分别表示本实用新型凹面光栅装置对550nm和220nm的光成像情况。可见，本实用新型凹面光栅装置对于不同波长的狭缝像基本能够精确聚焦到出射 狭缝处，从而实现像斑质量和光束能量的良好匹配。本实用新型凹面光栅装置的技术难点最主要的是像差校正问题，本实用新型将光 源部分的氘灯和钨灯采用不等间距设计，使氘灯和钨灯到光栅的距离各自选取适当的值， 使成像位置与狭缝位置择优匹配，从而实现不同波长的光在同一出射狭缝处基本能够精确
聚焦ο本实用新型的凹面光栅装置在入射光线和衍射光线夹角较小的情况下，能够将不同波长的光精确聚焦到出射狭缝处，既改善了像质，又可以提高光能量的利用率。所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求一种凹面光栅装置，其特征在于，所述装置包括凹面光栅(1)、氘灯(2)、钨灯(3)、光学镜面(4)和出射狭缝(5)；氘灯(2)和钨灯(3)为入射光源，氘灯(2)和钨灯(3)之间通过光学镜面(4)进行切换，氘灯(2)和钨灯(3)的衍射光线均到达出射狭缝(5)处。
2.如权利要求1所述的凹面光栅装置，其特征在于，所述光学镜面(4)包括反射镜或半 透半反镜。
3.如权利要求1所述的凹面光栅装置，其特征在于，所述氘灯(2)和钨灯(3)的出射像 精确聚焦到出射狭缝(5)处。
专利摘要本实用新型公开了一种凹面光栅装置，所述装置包括凹面光栅(1)、氘灯(2)、钨灯(3)、光学镜面(4)和出射狭缝(5)；氘灯(2)和钨灯(3)为入射光源，氘灯(2)和钨灯(3)之间通过光学镜面(4)进行切换，氘灯(2)和钨灯(3)的衍射光线均到达出射狭缝(5)处。本实用新型的凹面光栅装置在入射光线和衍射光线夹角较小的情况下，能够将不同波长的光精确聚焦到出射狭缝处，既改善了像质，又可以提高光能量的利用率。
文档编号G01J3/18GK201615968SQ20092027745
公开日2010年10月27日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者赵跃鹏 申请人:北京普析通用仪器有限责任公司