一种光栅光谱仪的制作方法

1.本实用新型涉及光学仪器技术领域，具体为一种光栅光谱仪。


背景技术：

2.光谱仪是根据光的色散原理、衍射原理或者光学调制原理，将不同频率的光按照一定的规律分解开形成光谱，配合相应的机械、电子和计算机系统，检测接收光的频率以及强度并对其进行检定的仪器。光谱仪器的分类方法很多，根据色散元件以及分光原理可分为：棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪；根据出射狭缝可分为单色仪、多色仪和摄谱仪；根据测量光谱原理不同可分为发射光谱仪、吸收光谱仪、散射光谱仪和荧光光谱仪；按照测量光谱形成原因不同，可分为原子光谱仪和分子光谱仪；根据仪器波长范围不同，又可分为真空紫外、紫外、可见、近红外和远红外光谱仪。
3.光谱仪作为一种光谱分析仪器，被广泛应用于科学研究、工业生产、环境监测、生物医药等领域，有着广泛的市场前景。随着各行各业的快速发展，光谱仪一方面向着高精度、高可靠性、高分辨率和低杂散光等高技术指标发展，另一方面向着便携、高集成度和智能化方向发展。随着光谱成像技术的发展，对光谱成像光谱仪的要求也随之提高，小型化、高光谱分辨率也成为发展趋势。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型提供了一种光栅光谱仪，其具有小型化、高光谱分辨率的特点，且装调简单，具有较好的成像质量。
5.其技术方案是这样的：一种光栅光谱仪，其特征在于：包括入射狭缝、准直物镜、光栅、成像物镜、像面；所述入射狭缝为所述光谱仪的物面，从所述入射狭缝出射的光线入射到所述准直物镜上，经准直物镜准直后反射到所述光栅，通过所述光栅色散分光后的光线出射到所述成像物镜，随后由所述成像物镜出射的光线汇聚成像到所述像面上，所述准直物镜和成像物镜的曲率半径相同；光线从所述入射狭缝到所述像面的光路整体呈交叉型，所述光栅采用平面衍射光栅。
6.其进一步特征在于：
7.所述准直物镜、光栅分别设于所述成像物镜的两侧，入射光线的主光轴与所述准直物镜的反射光线之间的夹角为10
°
～30
°
，所述准直物镜的反射光线与所述光栅的反射光线之间的夹角为30
°
～40
°
，所述光栅的反射光线与所述成像物镜的反射光线之间的夹角为10
°
～30
°
，所述像面与所述像面所在平面竖直中的垂线之间的夹角为60
°
～70
°
；
8.所述入射狭缝长度为0.2mm～0.3mm；所述入射狭缝的宽度为0.025mm；所述入射狭缝为金属狭缝，由线切割或激光切割加工而成；
9.所述光栅出射的光线介于所述入射狭缝与所述准直物镜之间，且不被所述入射狭缝、准直物镜遮挡；所述成像物镜出射的光线介于所述准直物镜与所述光栅之间，且不被所述准直物镜、光栅遮挡；所述准直物镜、成像物镜均为反射镜，均镀有金属反射膜或介质反
射膜；在所述像面上放置线阵ccd或cmos光电转换器件；
10.所述准直物镜、成像物镜的曲率半径均为220mm～225mm；所述准直物镜的半口径为10mm～14mm；所述成像物镜的半口径为20mm～26mm；所述光栅的半口径为10mm～14mm；所述像面的半口径为10mm～15mm；
11.所述入射狭缝与所述准直物镜之间的光学间隔为100mm～130mm；所述准直物镜与所述光栅之间的光学间隔为100mm～110mm；所述光栅与所述成像物镜之间的光学间隔为60mm～80mm；所述成像物镜与所述像面之间的光学间隔为100mm～110mm；
12.所述光栅的入射点与所述入射光线的主光轴之间的垂直距离为25mm～28mm，所述成像物镜的入射点与所述入射光线的主光轴之间的垂直距离为40mm～45mm，所述像面的入射点与所述入射光线的主光轴之间的垂直距离为55mm～60mm；
13.所述光栅光谱仪采用的交叉式光路布局，所述光栅光谱仪的光栅刻线为1200线对/mm；
14.所述光栅光谱仪的物方数值孔径角na为0.1；所述光栅光谱仪的工作波长为180nm～400nm；
15.所述光栅光谱仪的光谱范围为0.18μm～0.4μm；所述光栅光谱仪的光谱分辨率为1.2nm。
16.本实用新型的有益效果是，光线自入射狭缝出射后，分别经过准直物镜、光栅、成像物镜，直至汇聚成像到像面上，整个光路呈交叉结构，可有效利用空间，在保证光谱性能的同时，做到小型化；同时准直物镜和成像物镜的曲率半径相同，可减少装配难度和成本，且光栅采用的是平面衍射光栅，由于平面光栅比曲面光栅更易加工，对光路装调要求低，则更有利于工程化。
附图说明
17.图1是本实用新型的光路示意图；
18.图2是本实用新型中的光路仿真示意图。
具体实施方式
19.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
20.为了说明本实用新型所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
21.如图1、图2所示，本实用新型一种光栅光谱仪，包括入射狭缝1、准直物镜2、光栅3、成像物镜4、像面5；入射狭缝1为光谱仪的物面，从入射狭缝1出射的光线入射到准直物镜2上，经准直物镜2准直后反射到光栅3，通过光栅3色散分光后的光线出射到成像物镜4，随后由成像物镜4出射的光线汇聚成像到像面5上，准直物镜2和成像物镜4的曲率半径相同；光线从入射狭缝1到像面5的光路整体呈交叉型，光栅3采用平面衍射光栅3。
22.准直物镜2、光栅3分别设于成像物镜4的两侧，入射光线的主光轴与准直物镜的反射光线之间的夹角为14
°
，准直物镜的反射光线与光栅的反射光线之间的夹角为30
°
，光栅
的反射光线与成像物镜的反射光线之间的夹角为24
°
，像面5与像面所在平面竖直中的垂线之间的夹角为68
°
；入射狭缝1长度为0.2mm；入射狭缝1的宽度为0.025mm；入射狭缝1为金属狭缝，由线切割或激光切割加工而成；光栅3出射的光线介于入射狭缝1与准直物镜2之间，且不被入射狭缝1、准直物镜2遮挡；准直物镜2、成像物镜4均为反射镜，均镀有金属反射膜或介质反射膜；在像面5上放置线阵ccd或cmos光电转换器件(图中未示出)；成像物镜4出射的光线介于准直物镜2与光栅3之间，且不被准直物镜2、光栅3遮挡。
23.准直物镜2、成像物镜4的曲率半径均为224.996mm；准直物镜2的半口径为12.23mm；成像物镜4的半口径为25.44mm；光栅3的半口径为12.43mm；像面5的半口径为14.34mm；
24.入射狭缝1与准直物镜2之间的光学间隔为120mm；准直物镜2与光栅3之间的光学间隔为109.09mm；光栅3与成像物镜4之间的光学间隔为68mm；成像物镜4与像面5之间的光学间隔为102.41mm。
25.光栅3的入射点与入射光线的主光轴之间的垂直距离为26.61mm，成像物镜4的入射点与入射光线的主光轴之间的垂直距离为42.85mm，像面5的入射点与入射光线的主光轴之间的垂直距离为59.14mm。
26.本实用新型的整个光路呈交叉结构，可有效利用空间，在保证光谱性能的同时，做到小型化；同时准直物镜2和成像物镜4的曲率半径相同，可减少装配难度和成本，且光栅3采用的是平面衍射光栅3，由于平面光栅3比曲面光栅3更易加工，对光路装调要求低，则更有利于工程化；本实用新型光栅光谱仪采用的交叉式光路布局，光栅刻线为1200线对/mm，制成的光谱仪，经测试，其光谱范围为0.18μm～0.4μm，物方数值孔径角na为0.1，光谱分辨率1.2nm，工作波长为180nm～400nm。
27.本实用新型提供的光栅光谱仪具体的结构参数参见表1：
28.面序号 曲率半径/mm间隔/mm光学属性半口径/mm0入射狭缝平面0.00 0.101 平面120.00 0.102准直物镜-224.9960.00反射镜12.233 平面-109.09 0.004光栅平面0.00反射式光栅12.435 平面68.00 0.006成像物镜-224.9960.00反射镜25.447 平面-102.41 0.008像面平面0.00 14.34
29.对于表1中，间隔参数中负号表示光的传播方向反向。
30.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
31.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。