一种基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统

本发明涉及一种光谱探测系统，尤其涉及一种基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统。

背景技术：

1、高分辨率光谱仪是用来探测高速碰撞的闪光光谱信息，由于闪光碰撞的光谱信息集中在紫外光及可见光部分，其成像原理按现有的光学模型一般为czerny-turner结构和m-turner结构。

2、以上两类结构的探测系统目前应用较为广泛，其结构一般由离轴反射镜和平面光栅组成，但由于装配过程繁琐且测量的稳定性较差，导致探测系统易出现严重的弧矢像散现象，以及弥散斑会聚程度较差等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，用于解决现有的探测系统因装配过程繁琐及测量稳定性差，而导致探测系统易出现严重的弧矢像散现象，以及弥散斑会聚程度较差等技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术解决方法如下：

3、一种基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，其特殊之处在于：

4、包括沿光路依次设置的狭缝、第一折轴镜、曲面棱镜、第二折轴镜、校正镜组和平面光栅，以及像增强器；

5、所述狭缝用于限制入射光能量及光谱采样间隔，入射光经狭缝后通过第一折轴镜反射到达曲面棱镜，再经曲面棱镜透射到达第二折轴镜；所述曲面棱镜为平凸离轴正透镜，其平面一侧靠近曲面棱镜，凸面一侧靠近第二折轴镜；

6、所述第一折轴镜和第二折轴镜均为平面反射镜，其中第一折轴镜所在平面与入射光的光轴呈45°夹角，所述第二折轴镜所在平面与第一折轴镜所在平面平行；

7、所述校正镜组为光学复用透镜组，其位于第二折轴镜的反射光路上；校正镜组包括依次设置的第一正透镜、第一负透镜及第二正透镜；所述第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜沿入射光路组成准直透镜组，沿反射光路组成成像透镜组；

8、所述平面光栅位于准直透镜组的透射光路靠近第二正透镜的一侧，用于对经过准直透镜组的光束进行色散；经色散的光信号依次经过成像透镜组透射、第二折轴镜反射、曲面棱镜会聚后进入像增强器；

9、所述像增强器位于曲面棱镜靠近第一折轴镜一侧，用于对会聚的光信号进行放大，进而增强系统的探测灵敏度。

10、进一步地，还包括补偿镜组，所述补偿镜组为第二负透镜，其位于曲面棱镜与像增强器之间，用于补偿校正镜组所产生的残余像差，进而起到全谱段像差的补偿作用。

11、进一步地，所述第一正透镜为双凸面正透镜；所述第一负透镜为双凹面负透镜；所述第二正透镜为双凸面正透镜；所述第二负透镜为凸面朝向像增强器的弯月形负透镜。

12、进一步地，所述曲面棱镜的光焦度为0.0049788，中心厚度为19.2mm，离轴量为20～40mm；

13、所述第一正透镜的光焦度为0.00813756，中心厚度为14.6mm；

14、所述第一负透镜的光焦度为-0.1142765，中心厚度为5mm；

15、所述第二正透镜的光焦度为0.00788545，中心厚度为11mm；

16、所述第二负透镜的光焦度为-0.00132148，中心厚度为2.9mm。

17、进一步地，所述曲面棱镜由折射率为1.4338，阿贝数为94.996的光学玻璃制成；

18、所述第一正透镜由折射率为1.4338，阿贝数为94.996的光学玻璃制成；

19、所述第一负透镜由折射率为1.4585，阿贝数为67.821的光学玻璃制成；

20、所述第二正透镜由折射率为1.4338，阿贝数为94.996的光学玻璃制成；

21、所述第二负透镜由折射率为1.4338，阿贝数为94.996的光学玻璃制成。

22、进一步地，所述平面光栅为紫外可见平面光栅，其刻线密度为

23、600～1200lp/mm，闪耀角为7°，此参数设置使得系统的光谱分辨率较佳。

24、进一步地，所述狭缝的宽度为40μm，此范围可有效抑制光图像的混叠度。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、1、本发明的一种基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，包括沿光路依次设置的狭缝、第一折轴镜、曲面棱镜、第二折轴镜、校正镜组和平面光栅，以及像增强器，其中，校正镜组为光学复用透镜组，包括依次设置的第一正透镜、第一负透镜及第二正透镜；第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜沿入射光路组成准直透镜组，沿反射光路组成成像透镜组，系统结构整体较为紧凑，利用校正镜组与曲面棱镜相结合的方式，大幅降低了系统的弧矢像散，进而增强系统弥散斑集中度。

27、2、本发明的一种基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统还包括第二负透镜，其位于曲面棱镜与像增强器之间，用于补偿校正镜组所产生的残余像差，进而将不同波长的光线会聚到像增强器上，提高探测的灵敏度。

28、3、本发明的一种基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，整体装配工艺简单，对各光学元件之间的间距和相对位置无特殊需求，只需满足组装工艺即可。

29、4、本发明的一种基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统的相对孔径为1/3，大相对孔径设计提高了光谱模块的集光能力，从而提升了系统的信噪比。

技术特征：

1.一种基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种基于像增强器的超高速碰撞闪光光谱探测系统，用于解决现有的探测系统因装配过程繁琐及测量稳定性差，而导致探测系统易出现严重的弧矢像散现象，以及弥散斑会聚程度较差等技术问题。此探测系统包括沿光路依次设置的狭缝、第一折轴镜、曲面棱镜、第二折轴镜、校正镜组和平面光栅，以及像增强器，其中，校正镜组为光学复用透镜组，包括依次设置的第一正透镜、第一负透镜及第二正透镜；第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜沿入射光路组成准直透镜组，沿反射光路组成成像透镜组，系统结构整体较为紧凑，利用校正镜组与曲面棱镜相结合的方式，大幅降低了系统的弧矢像散，并增强系统弥散斑集中度。

技术研发人员：李西杰,李勇,蒋鑫,李洪波,冯玉涛
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13