采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统的制作方法
【专利摘要】采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统，涉及光谱仪分光系统领域，解决了现有离轴式光栅色散光谱系统存在的体积大、装调困难、稳定性差的问题。包括成像透镜、位于成像透镜像方焦点处的狭缝、准直透镜、分光元件、会聚透镜和CCD探测器；分光元件包括两个完全相同的体全息光栅和一个棱镜，两个体全息光栅分别胶合在棱镜两侧，成像透镜将物光成像于狭缝，准直透镜将其准直为平行光，经第一个体全息光栅衍射分光后，在第一个体全息光栅与棱镜交界面处发生折射进入棱镜，在棱镜底面发生全反射到达棱镜与第二个体全息光栅交界面处，经第二个体全息光栅衍射分光后经会聚透镜会聚于CCD探测器上。本发明结构紧凑，装调简单，光能利用率高。
【专利说明】采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及光谱仪分光系统【技术领域】，具体涉及一种采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统。
【背景技术】
[0002]光谱仪是用来获取目标光谱信息的仪器，通过目标的光谱图像对目标进行探测识别或物质成分分析，在国民生产、科学研宄和军事等领域得到广泛应用。
[0003]光谱仪分光系统，按其分光原理可分为色散式和调制式。色散式分为棱镜色散光谱系统和光栅色散光谱系统，调制式主要是傅里叶变换系统。色散型的光谱分光系统中，棱镜的色散率低，分光能力较差，无法达到高分辨率的要求；浮雕光栅的衍射效率低，光能利用率不高；光栅色散光谱系统包括反射式系统和透射式系统，反射式系统中最常用的C-T结构(Czerny-Turner结构)如图3所示，光线依次经入射狭缝2、准直镜13准直、光栅11、会聚镜14会聚至出射狭缝12，该结构采用单个光栅11分光，光栅11是一种反射式光栅；使用单个体全息光栅8的透射式结构如图4所示，光线依次经入射狭缝2、准直镜13准直、体全息光栅8、会聚镜14会聚至出射狭缝12。现有的光栅色散光谱系统入射光和出射光存在一定的夹角，属于离轴系统，体积大，装调困难，稳定性差。
【发明内容】
[0004]为了解决现有离轴式光栅色散光谱系统存在的体积大、装调困难、稳定性差的问题，本发明提供一种采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统。
[0005]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0006]本发明的采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统，包括:成像透镜、位于成像透镜像方焦点处的狭缝、准直透镜、分光元件、会聚透镜和CCD探测器；所述成像透镜的像方焦点与准直透镜的物方焦点重合，所述分光元件由两个完全相同的体全息光栅和一个棱镜组成，两个体全息光栅分别胶合在棱镜两侧，棱镜底角与体全息光栅布拉格角相等；
[0007]所述成像透镜将物光成像于狭缝，准直透镜将其准直为平行光，经第一个体全息光栅衍射分光后，在第一个体全息光栅与棱镜交界面处发生折射进入棱镜，在棱镜底面发生全反射到达棱镜与第二个体全息光栅交界面处，经第二个体全息光栅衍射分光后经会聚透镜会聚于CXD探测器上。
[0008]所述成像透镜、准直透镜和会聚透镜可以是单片透镜，也可以是由多片透镜组成的镜组。
[0009]所述CXD探测器可以选择面阵CXD或线阵CXD。
[0010]所述棱镜为施密特棱镜或为截去顶角的施密特棱镜。
[0011]所述体全息光栅通过保护玻璃固定在基板上。
[0012]本发明的有益效果是:相比现有离轴式光栅色散光谱系统，本发明的采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统中，采用两个体全息光栅和一个棱镜的组合作为分光元件，分光性能更好；本发明为同轴光学系统，结构紧凑，装调简单，稳定性强，更利于仪器的小型化；本发明采用的体全息光栅具有更高的衍射效率，光能利用率高，分光能力更强。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统的光路示意图。
[0014]图2为分光元件的结构示意图。
[0015]图3为现有Czerny-Turner结构的示意图。
[0016]图4为使用单个体全息光栅的透射式结构的示意图。
[0017]图中:1、成像透镜，2、狭缝，3、准直透镜，4、分光元件，5、会聚透镜，6、(XD探测器，7、保护玻璃，8、体全息光栅，9、基板，10、棱镜，11、光栅，12、出射狭缝，13、准直镜，14、会聚镜。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0019]如图1所示，本发明的采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统，由成像透镜1、狭缝2、准直透镜3、分光元件4、会聚透镜5和CXD探测器6组成。成像透镜I的像方焦点与准直透镜3的物方焦点重合，并且狭缝2位于该焦点处即准直透镜3前焦面上。
[0020]如图2所示，分光元件4由两个完全相同的体全息光栅8和一个棱镜10组成，这两个体全息光栅8分别固定在棱镜10两侧，首先通过保护玻璃7将体全息光栅8固定在基板9上，一个全息光栅8对应一个保护玻璃7和一个基板9，再将两个体全息光栅8分别与棱镜10两侧胶合在一起。棱镜10底角的大小取决于体全息光栅8的布拉格角，棱镜10的底角与体全息光栅8的布拉格角相等，以保证光以布拉格角入射到体全息光栅8上。
[0021]成像透镜1、准直透镜3和会聚透镜5可以是单片透镜，也可以是由多片透镜组成的镜组。光通量对于光学系统非常重要，因此成像透镜I和准直透镜3应当具有尽可能大的相对孔径，且当入射光接近平行光时，成像透镜I可以与准直透镜3的结构相同，将其倒置即可。
[0022]本实施方式中，CXD探测器6可以选择面阵CXD或线阵CXD。
[0023]本实施方式中，棱镜10为施密特棱镜或为截去顶角的施密特棱镜。
[0024]本发明的采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统中，物光经过成像透镜I后成像于狭缝2处，准直透镜3将经过狭缝2的出射光准直为平行光入射到分光元件4处，平行光经过第一个体全息光栅8衍射分光后，在第一个体全息光栅8与棱镜10交界面处发生折射进入棱镜10，在棱镜10底面发生全反射到达棱镜10与第二个体全息光栅8交界面处，经过第二个体全息光栅8衍射分光后经过会聚透镜5会聚于CXD探测器6像面处。其中，中心光线的+1级光谱的光路完全对称，因此光线将沿着与入射光平行的方向出射，系统为同轴光学系统。
【权利要求】
1.采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统，其特征在于，包括:成像透镜(I)、位于成像透镜(I)像方焦点处的狭缝(2)、准直透镜(3)、分光元件(4)、会聚透镜(5)和CCD探测器(6);所述成像透镜⑴的像方焦点与准直透镜(3)的物方焦点重合，所述分光元件(4)由两个完全相同的体全息光栅(8)和一个棱镜(10)组成，两个体全息光栅(8)分别胶合在棱镜(10)两侧，棱镜(10)底角与体全息光栅(8)布拉格角相等； 所述成像透镜(I)将物光成像于狭缝(2)，准直透镜(3)将其准直为平行光，经第一个体全息光栅(8)衍射分光后，在第一个体全息光栅(8)与棱镜(10)交界面处发生折射进入棱镜(10)，在棱镜(10)底面发生全反射到达棱镜(10)与第二个体全息光栅(8)交界面处，经第二个体全息光栅(8)衍射分光后经会聚透镜(5)会聚于CCD探测器(6)上。
2.根据权利要求1所述的采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统，其特征在于，所述成像透镜(I)、准直透镜(3)和会聚透镜(5)可以是单片透镜，也可以是由多片透镜组成的镜组。
3.根据权利要求1所述的采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统，其特征在于，所述CCD探测器(6)可以选择面阵CCD或线阵CCD。
4.根据权利要求1所述的采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统，其特征在于，所述棱镜(10)为施密特棱镜或为截去顶角的施密特棱镜。
5.根据权利要求1所述的采用体全息光栅和棱镜组合分光的光谱仪同轴光学系统，其特征在于，所述体全息光栅(8)通过保护玻璃(7)固定在基板(9)上。
【文档编号】G01J3/02GK104515597SQ201410787388
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】卢启鹏, 何振磊, 丁海泉, 高洪智 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所