一种紫外光谱仪光谱分辨力的检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学检测技术领域，设及一种真空紫外光谱仪光谱分辨力的检测装置 与方法。
【背景技术】
[0002] 真空紫外光谱仪将真空紫外光分解为光谱，需要检测紫外光谱仪的色散方向的分 辨力W及定标光谱的谱线位置。普通的光谱仪不需要在真空下进行测试，用单色仪提供 指定波长的光束就可W进行测试。要得出紫外光谱仪的光谱分辨力，需要获得用于检测 的单色光波长A(A)、焦面线色散AAl(A/mm)、和点扩散函数PSF任ointSpread 化nction)的能量半高宽FWHM(mm)。紫外光谱仪的光谱分辨力为等于用于检测的单色 光波长^ (A)除W光谱分辨率AA(A/mm)，而光谱分辨率AA(FWHM(mm) XAXL(A/mm))，即光谱分辨力为入/A入=入/(FWHM(mm)xA入L(A/mm))。然而，真空紫外光为100皿~200皿波长紫外线，由于在空气中衰减很 快，必须在真空下才能传播。因此真空紫外光谱仪需要在真空环境下才能进行测试。普通 的单色仪采用平面光栅，要对紫外光谱仪进行定标和光谱测量，就需要采用专口的光路如 准直镜使光束集中，但在真空紫外波段，测试过程中所搭建光路中的光学镜面，不论是反射 或是折射，都会对光强造成严重衰减。
[0003] 作为标定基准，检测用光源的质量必须高于被测紫外光谱仪的分辨力指标要求， 还要能进行量程范围内的波段覆盖。采用对撞机技术虽然能够同时满足该两项要求，但实 验系统的搭建与使用成本高昂。
[0004] 连续谱気灯经轮胎面光栅的单色仪可W提供单色的光源，但其光谱宽度取决于光 栅的质量及臂的长度。另外单色仪出光光束焦比难W做大。而较大的紫外光谱仪入射光束 焦比可W提高光谱仪的灵敏度。在检测时如不匹配则会造成灵敏度降低而难W检测。
[0005] 隶灯、等离子光源可W提供由离散的单色谱线组成的复合紫外光，但其谱线波长 是一定的，数量也很有限。
[0006] 光学系统要求各光学器件间严格的相对位置，W及震动会对相对位置产生影响。 真空系统在真空环境的制备中，W及周围环境会对光学系统造成影响。直接将光学器件与 真空舱连接，会造成成像的模糊，甚至相对位置关系发生变化，而无法进行检测。
【发明内容】
[0007] (一）要解决的技术问题
[0008] 为了解决现有技术存在紫外光传播需真空环境且反射效率低、光源焦比小于被测 紫外光谱仪的焦比、单色光源在所提供光的谱线宽度与波长的连续性上不理想、光学检测 易受震动影响的技术问题，本发明的目的是提供一种紫外光谱仪光谱分辨力的检测装置及 方法。
[0009] (二）技术方案
[0010] 为了达成所述目的，本发明的第一方面，提供一种紫外光谱仪光谱分辨力的检测 装置包括；光源、单色仪、中继光学系统、真空平移台、真空舱、隔振台和平台；在隔振台上 放置光源、单色仪、真空舱；平台位于真空系统的真空舱中，且平台的底部的支柱伸出真空 舱并与真空舱外的隔振台固定连接，保证真空舱外光源、单色仪的光学器件和舱内中继光 学系统、被测紫外光谱仪的光学器件固定在相同的隔振台基础上；通过波纹管将支柱包裹 在真空舱内，使真空舱内形成真空环境；中继光学系统、真空平移台位于真空舱中的平台 上；W及被测紫外光谱仪置于真空平移台上，使中继光学系统和被测紫外光谱仪处于真空 环境中；其中：
[0011] 光源包括连续谱光源和离散谱光源，用于提供检测所需的包含紫外光及可见光的 复合光；
[0012] 单色仪，用于接收复合光，生成并出射检测紫外光谱仪所需单色光；
[0013] 中继光学系统，用于将单色仪的焦比与被测紫外光谱仪的焦比进行匹配，并将单 色光生成并出射检测需要的检测会聚光；
[0014] 被测紫外光谱仪，用于接收检测会聚光，并将检测会聚光的会聚点位置与被测紫 外光谱仪的狭缝重合；被测紫外光谱仪的光学器件包括球面光栅、狭缝、图像采集器件；
[0015] 真空舱为真空环境时，当被测紫外光谱仪、中继光学系统和真空平移台的结构及 光路结构产生变形时，导致光路产生变化，从而会使会聚点的位置与被测紫外光谱仪入射 端的位置分离；
[0016] 真空平移台上放置被测紫外光谱仪，调整真空平移台使检测会聚光的会聚点位置 与被测紫外光谱仪入射端的狭缝中屯、再次重合，检测会聚光入射到狭缝，经过球面光栅色 散并照射到图像采集器件上，并被测紫外光谱仪在与检测会聚光波长相应光谱坐标位置形 成光谱图像；通过连续谱光源和单色仪测量并得到光谱图像的焦面线色散参数，通过离散 谱光源测量光谱图像中的谱线，得到谱线的能量半高宽，根据检测会聚光波长、能量半高宽 与焦面线色散参数，计算得出被测紫外光谱仪分辨力。
[0017] 为了达成所述目的，本发明的第二方面，提供一种紫外光谱仪光谱分辨力的检测 方法，利用光谱仪光谱分辨力的检测装置检测紫外光谱仪光谱分辨力的步骤包括如下：
[0018] 步骤S1 ;根据离散谱光源，在单色仪的光栅处放置光电探测器来标定光栅转角的 码盘，完成后移出光电探测器；
[0019] 步骤S2 ;将被测紫外光谱仪放入未形成真空的真空舱中进行初步装调，将中继光 学系统的出射光束对准被测紫外光谱仪的狭缝；
[0020] 步骤S3 ;关闭真空舱，用真空累抽气，形成真空环境；
[0021] 步骤S4 ;利用0级光中的可见光，根据中继光学系统出射的会聚光在被测紫外光 谱仪的入射端狭缝上的光斑位置，在监视相机的监测下调整真空平移台，使光斑与被测紫 外光谱仪入射端狭缝的中屯、目测对准重合；
[0022] 步骤S5 ;使用连续谱光源，用0级光或测量范围内任意波长的单色光采集被测紫 外光谱仪的光谱图像，根据被测紫外光谱仪光谱成像的位置处图像采集器件上的成像的高 度或宽度及清晰程度，调整被测紫外光谱仪中的图像采集器件的方向及位置，实现被测紫 外光谱仪光谱成像位置即焦面与图像采集器件的感光面贴合；
[0023] 步骤S6 ;光源为连续谱光源时，通过反复调整单色仪光栅的转动角度，使单色仪 出射每个转动角度对应波长的连续谱单色光，图像采集器件采集并得到所述连续谱单色光 光谱对应的光谱图像；
[0024] 步骤S7 ;根据每个光谱图像中谱线位置及其对应的连续谱单色光波长之间的关 系计算并得到被测紫外光谱仪的焦面线色散参数；当所述连续谱单色光的谱线宽度小于被 测紫外光谱仪的分辨率，则执行步骤S10,当所述连续谱单色光的谱线宽度大于等于被测紫 外光谱仪的分辨率，则执行步骤S8 ;
[0025] 步骤S8 ;使用离散谱光源的0级光，并在图像采集器件上获得离散谱线的光谱图 像；
[002引步骤S9 ;观察离散谱线的光谱图像中的离散谱线，根据观察到的离散谱线从光源 所用元素的谱线表中查找到离散谱线的波长值，W单色仪光栅转动到离散谱线的波长值所 对应的离散谱单色光进行检测时在图像采集器件上获得离散谱线的波长值对应的离散谱 单色光的光谱图像；当步骤S6采集的光谱图像中缺少波长与查找到的离散谱线波长值相 同或相近的连续谱单色光的光谱图像时，执行步骤S6 ;当步骤S6采集的光谱图像中不缺 少波长与查找到的离散谱线波长值相同或相近的连续谱单色光的光谱图像时，执行步骤 S10 ；
[0027] 步骤S10 ;根据焦面线色散参数、光谱图像及光谱图像中谱线所对应的波长值计 算紫外光谱仪的光谱分辨力。
[002引 （S)有益效果
[0029] 在本发明中，通过如下的技术解决了现有技术的问题：
[0030] 光源采用离散谱光源（等离子光源或隶灯）与连续谱光源（気灯）相结合的方式， 既有能准确提供谱线位置的光源，又有能连续提供光谱的光源，该样避免了使用对撞机。
[0031] 为了解决光强衰减问题，一方面采用较大功率的光源，提高所建立真空系统的真 空度，还采用了具有轮胎面光栅的单色仪。轮胎面光栅可W将光源所发光束的集束与色散 结合一起，在最少的反射次数下提供紫外光谱仪可用的测试用单色光。
[0032] 建立中继光学系统，利用楠球境，在解决焦比匹配问题的同时，将单色仪出射的光 束与射入被测紫外光谱仪的光束之间垂直布置，使得容纳被测紫外光谱仪的真空舱可W尽 量小，并不与单色仪出射光束干设。
[0033] 将所有元件，如单色仪、真空系统放置到一个刚性体（平台与框架组成）上，进行 整体隔振。维持真空系统的真空度所必需的真空累选用自身振动小或不振动的真空累，如 磁悬浮分子累，或离子累，解决光路对振动敏感的问题。
[0034] 在真空舱的舱内，包含中继光学系统和被测紫外光谱仪。它们应处在同一刚性体 上。但由于真空环境制备过程中W及真空舱开关舱口前后所处的压力、力学环境的变化，实 际结构难W像理想刚体而真正实现不变形。因此在中继光学系统与被测紫外光谱仪在同一 刚性体上的前提下，在被测紫外光谱仪与刚性体之间，设置调整环节，用来补偿该一变化。
[0035] 因此在真空舱内，设计平台，平台与真空舱外的平台直接连接。平移台上放置中继 光学系统和真空平移台，真空平移台上放置被测紫外光谱仪。在中继光学系统的光路与被 测紫外光谱仪之间所设计的真空平移台，作为调整环节，用于被测紫外光谱仪入射端狭缝 中屯、与检测会聚光的会聚点位置之间相对位置的调整，一旦发生在制备真空前后的位置变 化，可w进行微动调整，该调整在真空下进行。
[0036]中继光学系统的光路出射较大焦比的光束，中继光学系统出射的检测会聚光的会 聚点位置要与被测紫外光谱仪入射端的狭缝中屯、对齐。在真空舱外布置监视相机监视被测 紫外光谱仪入射端狭缝上的光斑，通过光斑