专利名称：一种紫外光谱仪波长校准方法
技术领域：
本发明涉及一种波长校准方法，尤其是一种紫外光谱仪波长校准方法。
背景技术：
在光谱的量值溯源体系中，可见光和近红外波段的光波长可溯源到原子频标，但是在紫外波段还处于研究阶段。现阶段国际上对于紫外光波长定标大多采用原子谱线灯的校准方法，具体技术方案为将光谱标准灯在规定电流(或电压)下点亮，在规定时间内预热，然后将标准灯的辐射光耦合至紫外光谱仪，记录光谱仪波长示值，并与光谱标准灯的标准值进行比较。由于低压汞灯的谱线能量太小，还无法实现量值溯源，低压汞灯的标准值一般为生产商给出值，或科研生产的默认值。随着光电子技术的发展，紫外技术在军事上的应用越来越广泛，紫外光谱仪的应用也随之增加。波长准确性是考核紫外光谱仪性能的主要参数之一，现阶段主要采用原子 谱线灯(低压汞灯、空心阴极灯等)的特征谱线来校准紫外光谱仪波长，该方法存在的缺点主要有(I)原子谱线灯的线宽较宽，不能满足高分辨率紫外光谱分析仪的校准要求。如海洋光学的一款紫外光谱仪，分辨率优于O. Olnm,光谱仪依靠波长灯定标，光谱准确度只有O. 5nm，远低于光谱分辨率。(2)原子谱线灯的特征谱线易受到灯内压强、温度等因素的影响，导致校准结果产生较大的不确定度。(3)市场上有很多生产光谱标准灯的厂商，但是他们没有统一的生产标准，导致生产的光谱标准灯存在不同程度的差异，用这类标准灯来校准紫外光谱仪不能保证准确性，也不能解决波长校准的溯源问题。针对目前紫外光谱仪波长校准方法存在的问题，本发明利用532nm激光通过倍频得到266nm激光，激光的窄线宽特性可满足高分辨率紫外光谱仪的波长校准要求；为了保证波长源输出波长准确且稳定，本发明对532nm的基频光进行了稳频处理，将其频率稳定在碘分子的特征谱线上，从而保证了 266nm波长的稳定性。实验表明本发明性能稳定、准确度高，能够有效解决现有技术所存在的各种问题，具有很高的推广应用价值。
发明内容
针对上述缺点，本发明建立一套紫外标准波长源，该波长源的输出波长稳定且准确度高，并且可溯源到自然基准和国家标准，从而有效解决现有紫外光谱仪波长校准方法存在的问题。本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的本发明主要由532nm基频激光器、稳频系统、倍频系统及伺服控制系统组成，整个装置的工作过程为532nm的基频激光器通过分光元件分成两路，一路通过稳频装置，稳频装置提供一个频率稳定的参考频率，如果基频激光的频率偏离参考频率，稳频装置会产生反馈信号，该信号通过伺服控制系统，调节基频激光器的腔长，保证532nm的基频光频率稳定在稳频装置提供的参考频率上，保证532nm的激光频率的稳定；另一路通过倍频装置产生266nm的紫外激光，由于532nm基频光频率稳定，则266nm的倍频激光的频率也会保持稳定，通过光耦合系统后，进入紫外光谱仪，开展紫外光谱仪校准。同时，装置可产生具有严格倍数关系的1064nm、532nm及266nm激光，可对光栅型光谱仪的波长线性进行校准。本发明具有以下优点(I)波长准确度高，可满足高分辨率紫外光谱仪的波长校准要求。(2)具有稳频系统,可保证输出波长的稳定性。(3)具有波长溯源性，波长可溯源到自然基准和国家标准。(4)可产生具有严格倍数关系的激光，对紫外光谱仪的波长线性进行校准。
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。图1266nm标准波长产生流程示意2532nm、1064nm激光产生流程示意3碘分子吸收稳频原理流程示意4环形倍频腔原理流程示意图
具体实施例方式以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。本发明主要由532nm基频激光器、稳频系统、倍频系统及伺服控制系统组成，整个装置的工作过程为图I为266nm标准波长产生不意图，532nm的基频激光器通过分光兀件分光,一束通过稳频装置，稳频装置提供一个频率稳定的参考频率，如果基频激光的频率偏离参考频率，稳频装置会产生反馈信号，该信号通过伺服控制系统，调节基频激光器的腔长，使532nm的基频光频率稳定在稳频装置提供的参考频率上，保证532nm的激光频率的稳定；另一路通过倍频装置产生266nm的紫外激光，由于532nm基频光频率稳定，则266nm的倍频激光的频率也会保持稳定，通过光耦合系统后，进入紫外光谱仪，开展紫外光谱仪校准技术的研究。图2为532nm可调谐激光产生不意图，808nm的半导体激光器作为泵浦光源,激励键合Nd: YV04晶体，产生1064nm的近红外光，1064nm的近红外光通过倍频晶体，产生532nm的可见光。532nm激光通过碘分子吸收稳频后，1064nm激光可同时实现稳频输出。图3为碘分子吸收稳频原理示意图，激光器输出的光经过偏振分束棱镜分为偏振方向相互垂直的两束光，其中一束经过电光调制器对光线进行调制，另一束光线未进行调制，两束光反向进入碘室，通过控温装置保持碘室温度稳定，在碘室中，两束光产生非线性四波混频，实现边带由调制光束向未调制光束的转移。未调制光束和新产生的边带经偏振分束棱镜导入光电差分探测器(DET)，通过双平衡混频器解调，获得外差光谱作为激光稳频的控制鉴频信号，差分信号进过电路系统控制激光器腔体上的压电陶瓷，改变腔长，从而使激光器的频率稳定在参考频率上。图4为环形倍频腔原理示意图，基频偏振光，经过λ/4玻片和λ/2玻片转换成线偏振光，实现偏振匹配，透镜将基频光耦合到腔体内，实现空间模式匹配。环形腔由平面镜Μ1、Μ2和凹面反射镜Μ3、Μ4组成、其中Ml为耦合镜，用来实现基频腔外和腔内光束的耦合，其透过率经过特殊选择，满足倍频要求。反射镜Μ2、Μ3、Μ4对基频光具有高反射率，其中Μ4同时对倍频光具有高透过率，以实现二次谐波的提取。图中的探测器I和2用于监视倍频激光波长与谐波共振波之间的失调。失调时，会产生误差信号，该信号经过反馈系统，反馈到压电陶瓷驱动器，通过压电陶瓷的伸缩调节腔长，实现倍频腔与激光器之间的跟踪与锁定， 腔内光功率由于谐振作用而获得增强，产生更大的倍频功率。
权利要求
1.一种紫外光谱仪波长校准方法，其特征在于该方法包括532nm基频激光器、稳频系统、倍频系统及伺服控制系统。
2.如权利要求I所述的紫外光谱仪波长校准方法，其特征在于利用532nm激光通过外部环形倍频腔，倍频得到266nm激光，并对532nm的基频光进行稳频处理，将其频率稳定在碘分子的特征谱线上，266nm倍频的激光通过光耦合系统后，进入紫外光谱仪，开展紫外光谱仪校准。
3.如权利要求I或2所述的紫外光谱仪波长校准方法，其特征在于532nm的基频激光器通过分光元件分成两路，一路通过稳频装置，稳频装置提供一个频率稳定的参考频率，保证532nm的基频光频率稳定在稳频装置提供的参考频率上，保证532nm的激光频率的稳定；另一路通过倍频装置产生266nm的紫外激光，由于532nm基频光频率稳定，则266nm的倍频激光的频率也会保持稳定，通过光耦合系统后，进入紫外光谱仪，开展紫外光谱仪校准。
4.如权利要求3所述的紫外光谱仪波长校准方法，其特征在于基频激光的频率偏离参考频率，稳频装置会产生反馈信号，该信号通过伺服控制系统，调节基频激光器的腔长。
5.如权利要求I所述的紫外光谱仪波长校准方法，其特征在于装置可同时产生具有严格倍数关系的1064nm、532nm和266nm稳频激光，对光栅型光谱仪的波长线性进行校准。
6.如权利要求5所述的紫外光谱仪波长线性校准方法，其特征在于首先利用266nm激光对紫外光谱仪进行校准补偿，然后利用紫外光谱仪测试532nm、1064nm激光的波长，开展紫外光谱仪线性校准。
全文摘要
一种紫外光谱仪波长校准方法，主要由532nm基频激光器、稳频系统、倍频系统及伺服控制系统组成，整个装置的工作过程为532nm的基频激光器通过分光元件分成两路，一路通过稳频装置，稳频装置提供一个频率稳定的参考频率，如果基频激光的频率偏离参考频率，稳频装置会产生反馈信号，该信号通过伺服控制系统，调节基频激光器的腔长，保证532nm的基频光频率稳定在稳频装置提供的参考频率上，保证532nm的激光频率的稳定；另一路通过倍频装置产生266nm的紫外激光，由于532nm基频光频率稳定，则266nm的倍频激光的频率也会保持稳定，通过光耦合系统后，进入紫外光谱仪，开展紫外光谱仪校准。
文档编号G01J3/28GK102889929SQ20121025200
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者王少水, 张洪喜, 孙权社 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所