專利名稱：一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學系統設計技術領域，具體的講是一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統。
背景技術：
光學系統設計中，根據光學設計相應的理論，波段范圍越寬，波段下限越到短波紫外波段，光學設計的難度越大。在近中遠紫外到極遠紫外波段，波段范圍寬，波長短，在此范圍內光學材料的種類變得很少,光譜折射率也很低;一般來說,為了設計較為完善的紫外光
學系統，特別是真空紫外光學系統，都要使系統復雜化，利用很多的鏡片來校正像差，以滿足系統需求。這樣做的后果是導致光學系統結構復雜，光能損失嚴重，影響整機性能指標，同時光學系統造價昂貴，裝調復雜，增加了成本負擔，裝調精度難以保證。

發(fā)明內容
為了解決現有技術紫外-真空紫外領域光學系統復雜、造價成本高的問題，提出了一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統，以不同的透鏡處理不同波段的紫外光源，成本低、系統結構簡單。本發(fā)明實施例提供了一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統，包括殼體，復數個準直透鏡或復數個會聚透鏡；復數個準直透鏡或所述復數個會聚透鏡安裝于所述殼體中，當進行探測器真空紫外相對光譜響應率校準 時，所述復數個準直透鏡中的特定準直透鏡將110nm-400nm波段范圍內的特定波段的紫外光源變?yōu)槠叫泄獍l(fā)送給所述探測器；當進行光源真空紫外光譜輻照度校準時，所述復數個會聚透鏡中的特定會聚透鏡將經過漫射器的110nm-400nm波段范圍內的特定波段的紫外光源會聚輸出至標準探測器，其中經過特定漫射器對特定波段的紫外光源進行均光。根據本發(fā)明實施例所述一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統的一個進一步的方面，所述復數個準直透鏡包括3個準直透鏡，其中:第一準直透鏡，兩個表面半徑依次R c ，-213.28mm，厚度為6±0.1mm，兩表面通光口徑均為Φ64πιπι，光學材料為氟化鋰晶體，將IlOnm至130nm波段范圍的紫外光源變?yōu)槠叫泄?；第二準直透鏡，兩個表面半徑依次為Rm，-192.25mm，厚度為6±0.1mm，兩表面通光口徑均為Φ 64mm，光學材料為氟化鈣晶體，將130nm至200nm波段范圍的紫外光源變?yōu)槠叫泄?；第三準直透鏡，兩個表面半徑依次為R①’ -168.31mm，厚度為6±0.1mm，兩表面通光口徑均為Φ 64mm,光學材料為氟化鈣晶體，將200nm至400nm波段范圍的紫外光源變?yōu)槠叫泄?。根據本發(fā)明實施例所述一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統的再一個進一步的方面，所述復數個會聚透鏡包括4個會聚透鏡，其中:第一會聚透鏡，兩個表面半徑依次為281.5mm, -138.6mm,厚度為16±0.1mm,兩表面通光口徑均為Φ94ι πι,光學材料為氟化鋰晶體,將經過漫射器的IlOnm至130nm波段的紫外光源會聚輸出；第二會聚透鏡，兩個表面半徑依次為234mm，-144.6mm，厚度為17±0.1mm，兩表面通光口徑均為Φ94mm，光學材料為氟化鈣晶體，將經過漫射器的130nm至150nm波段的紫外光源會聚輸出；第三會聚透鏡，兩個表面半徑依次為206.2mm, -133.7mm，厚度為18 ±0.1臟，兩表面通光口徑均為Φ 94臟，光學材料為氟化鈣晶體，將經過漫射器的150nm至200nm波段的紫外光源會聚輸出；第四會聚透鏡，兩個表面半徑依次為180mm, 125.7mm,厚度為19±0.lmm,兩表面通光口徑均為Φ94ι πι,光學材料為氟化鈣晶體，將經過漫射器的200nm至400nm波段的紫外光源會聚輸出。根據本發(fā)明實施例所述一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統的另一個進一步的方面，對于點光源的紫外光源，所述漫射器為3個，所述3個漫射器中的第一漫射器對應于IlOnm 130nm波段范圍的紫外光源，材料為氟化鋰單晶，其凸面的曲率半徑為81.56mm，整體厚度為4±0.1mm，通光口徑為26mm，焦距數為9 ；第二漫射器對應于130nm 200nm波段范圍的紫外光源，材料為氟化鈣單晶，其凸面的曲率半徑為TL 35mm，整體厚度為4±0.1mm，通光口徑為26mm，F數為9 ；第三漫射器對應于200nm 400nm波段范圍的紫外光源，材料為氟化鈣單晶，其凸面的曲率半徑為168.31mm，整體厚度為6±0.1mm，通光口徑為64mm，F數為9。根據本發(fā)明實施例所述一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統的另一個進一步的方面，對于面光源的紫外光源，所述漫射器為3個，所述3個漫射器中的第一漫射器為對應于IlOnm 130nm波段范圍紫外光源的毛玻璃；第二漫射器為對應于130nm 200nm波段范圍紫外光源的毛玻璃；第三漫射器為對應于200nm 400nm波段范圍紫外光源的毛玻璃。根據本發(fā)明實施例所述一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統的另一個進一步的方面，所述殼體為鋁合金材質。通過本發(fā)明實施例使用組合式設計方法，使光學系統的7片透鏡材料、波段范圍和性能參數得到合理匹配，降低了成本，簡化了系統結構，同時滿足寬波段范圍的使用要求；并且通過采用組合式設計方法及合理匹配透鏡的材料、半徑和厚度參數，使鏡頭在IlOnm 400nm波段范圍內實現功能要求，簡化了光學系統結構，提高了系統可靠性。另外通過采用組合式設計方法及合理匹配透鏡的材料、半徑和厚度參數，還減小了像差，提高了鏡頭光學傳遞函數；另一方面，本發(fā)明的使用溫度范圍-100°C 25°C，工作波段IlOnm 400nm，相對孔徑> 1/1.5，與現有技術相比較具有很大進步。


結合以下附圖閱讀對實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點，以及額外的特征和優(yōu)點，將會更加清楚。圖1a所示為本發(fā)明實施例一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統示意圖；圖1b所示為本發(fā)明實施例一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統示意圖；圖2所示為本發(fā)明實施例第一準直透鏡的結構示意圖；圖3所示為本發(fā)明實施例第二準直透鏡的結構示意圖；圖4所示為本發(fā)明實施例第三準直透鏡的結構示意圖5所示為本發(fā)明實施例第一會聚透鏡的結構示意圖；圖6所示為本發(fā)明實施例第二會聚透鏡的結構示意圖；圖7所示為本發(fā)明實施例第三會聚透鏡的結構示意圖；圖8所示為本發(fā)明實施例第四會聚透鏡的結構示意圖。
具體實施例方式下面的描述可以使任何本領域技術人員利用本發(fā)明。具體實施例和應用中所提供的描述信息僅為示例。這里所描述的實施例的各種延伸和組合對于本領域的技術人員是顯而易見的，在不脫離本發(fā)明的實質和范圍的情況下，本發(fā)明定義的一般原則可以應用到其他實施例和應用中。因此，本發(fā)明不只限于所示的實施例，本發(fā)明涵蓋與本文所示原理和特征相一致的最大范圍。圖1a給出了根據本發(fā)明的一個實施例一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統示意圖。包括殼體101，復數個準直透鏡102。復數個準直透鏡102安裝于所述殼體101中，當進行探測器真空紫外相對光譜響應率校準時，所述復數 個準直透鏡中的特定準直透鏡將110nm-400nm波段范圍內的特定波段的紫外光源變?yōu)槠叫泄獍l(fā)送給所述探測器。作為本發(fā)明的一個實施例，所述復數個準直透鏡102包括3個準直透鏡，其中:第一準直透鏡1021，兩個表面半徑依次Re ，-213.28mm，厚度為6±0.1mm，兩表面通光口徑均為Φ64_，光學材料為氟化鋰晶體，將IlOnm至130nm波段范圍的紫外光源變?yōu)槠叫泄?；第二準直透鏡1022，兩個表面半徑依次為R①,-192.25mm，厚度為6±0.1mm，兩表面通光口徑均為Φ64_，光學材料為氟化鈣晶體，將130nm至200nm波段范圍的紫外光源變?yōu)槠叫泄猓坏谌郎手蓖哥R1023，兩個表面半徑依次為R①,-168.31mm，厚度為6±0.1mm，兩表面通光口徑均為Φ 64mm,光學材料為氟化鈣晶體，將200nm至400nm波段范圍的紫外光源變?yōu)槠叫泄?。圖1b給出了根據本發(fā)明的一個實施例一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統示意圖。包括殼體101，復數個會聚透鏡103。所述復數個會聚透鏡103安裝于所述殼體101中，當進行光源真空紫外光譜輻照度校準時；所述復數個會聚透鏡中的特定會聚透鏡將經過漫射器的110nm-400nm波段范圍內的特定波段的紫外光源會聚輸出，其中經過特定漫射器對特定波段的紫外光源進行均光。所述輸出的平行紫外光照射探測器，可以進行探測器真空紫外相對光譜響應率校準等操作。作為本發(fā)明的一個實施例，所述復數個會聚透鏡103包括4個會聚透鏡，其中:第一會聚透鏡1031,兩個表面半徑依次為281.5mm, -138.6mm,厚度為16±0.lmm,兩表面通光口徑均為Φ94ι πι,光學材 料為氟化鋰晶體,將經過漫射器的IlOnm至130nm波段的紫外光源會聚輸出；第二會聚透鏡1032，兩個表面半徑依次為234mm，-144.6mm,厚度為17±0.1mm，兩表面通光口徑均為Φ 94mm，光學材料為氟化鈣晶體，將經過漫射器的130nm至150nm波段的紫外光源會聚輸出；第三會聚透鏡1033,兩個表面半徑依次為206.2mm, -133.7mm，厚度為18 ±0.1臟，兩表面通光口徑均為Φ 94臟，光學材料為氟化鈣晶體，將經過漫射器的150nm至200nm波段的紫外光源會聚輸出；第四會聚透鏡1034，兩個表面半徑依次為180mm, 125.7mm,厚度為19±0.lmm,兩表面通光口徑均為Φ94ι πι,光學材料為氟化鈣晶體，將經過漫射器的200nm至400nm波段的紫外光源會聚輸出。所述輸出的會聚的紫外光進入標準探測器，可以進行光源真空紫外光譜輻照度校準等操作。在本實施例中，如果紫外光源為點光源，則所述漫射器為3個，所述3個漫射器中的第一漫射器對應于IlOnm 130nm波段范圍的紫外光源，材料為氟化鋰單晶，其凸面的曲率半徑為81.56mm，整體厚度為4±0.1mm，通光口徑為26mm，焦距數為9 ；第二漫射器對應于130nm 200nm波段范圍的紫外光源，材料為氟化鈣單晶，其凸面的曲率半徑為TL 35mm，整體厚度為4±0.1mm，通光口徑為26mm，F數為9 ；第三漫射器對應于200nm 400nm波段范圍的紫外光源，材料為氟化鈣單晶，其凸面的曲率半徑為168.31mm，整體厚度為6±0.1mm，通光口徑為64mm，F數為9。如果紫外光源為面光源，則所述漫射器為3個，所述3個漫射器中的第一漫射器為對應于IlOnm 130nm波段范圍紫外光源的毛玻璃；第二漫射器為對應于130nm 200nm波段范圍紫外光源的毛玻璃；第三漫射器為對應于200nm 400nm波段范圍紫外光源的毛玻璃。當對某個波段范圍的紫外光源進行校準時，紫外光源先經過上述實施例中的某個漫射器進行均光，然后進入到相應波段范圍的會聚透鏡進行會聚，最后輸出到探測器。作為本發(fā)明的一個實施例，所述殼體101為鋁合金材質。如圖2所示為本發(fā)明實施例第一準直透鏡的結構示意圖，如圖3所示為本發(fā)明實施例第二準直透鏡的結構示意圖，如圖4所示為本發(fā)明實施例第三準直透鏡的結構示意圖。如圖5所示為本發(fā)明實施例第一會聚透鏡的結構示意圖，如圖6所示為本發(fā)明實施例第二會聚透鏡的結構示意圖，如圖7所示為本發(fā)明實施例第三會聚透鏡的結構示意圖，如圖8所示為本發(fā)明實施例第四會聚透鏡的結構示意圖。在現有技術中紫外-真空紫外波段可供使用的光學材料很少，可選材料主要是氟化鎂(MgF2)、氟化鋰晶體(LiF)和氟化鈣晶體(CaF2)，MgF2材料雖然滿足透過波段要求，但是存在雙折射效應，在會聚光學系統中不宜采用；LiF材料雖然沒有雙折射現象，也滿足透過波段要求，但是加工困難，材料加工成本很高，且存在嚴重的潮解現象；CaF2沒有雙折射現象，硬度也滿足要求，無潮解現場，加工成本相對經濟，但是透過波段只到130nm。只要在每個小的波段范圍內只用一片光學透鏡，利用ZEMAX光學設計軟件進行優(yōu)化設計，使每片透鏡都能滿足系統的焦距、相對孔徑等參數指標的要求。因此只有采用組合式設計方法才能在各種影響因素之間取得最理想的效果。根據本發(fā)明實施例的方法，準直透鏡和會聚透鏡的數量可以有其它的配置，上述實施例只是本發(fā)明的一個較佳的實施例，并不應理解為對本發(fā)明準直透鏡與會聚透鏡的限制。通過使用組合式設計方法，使光學系統的7片透鏡材料、波段范圍和性能參數得到合理匹配，降低了成本，簡化了系統結構，同時滿足寬波段范圍的使用要求；并且通過采用組合式設計方法及合理匹配透鏡的材料、半徑和厚度參數，使鏡頭在IlOnm 400nm波段范圍內實現功能要求，簡化了光學系統結構，提高了系統可靠性。另外通過采用組合式設計方法及合理匹配透鏡的材料、半徑和厚度參數，還減小了像差，提高了鏡頭光學傳遞函數；另一方面，本發(fā)明的使用溫度范圍-100°C 25°C，工作波段11011111 40011111，相對孔徑^ 1/1.5，與現有技術相比較具有很大進步。在相關領域中的技術人員將會認識到，本發(fā)明的實施例有許多可能的修改和組合，雖然形式略有不同，仍采用相同的基本機制和方法。為了解釋的目的，前述描述參考了幾個特定的實施例。然而，上述的說明性討論不旨在窮舉或限制本文所發(fā)明的精確形式。前文所示，許多修改和變化是可能的。所選和所描述的實施例，用以解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，用以使本領域技術人員能夠最好地利用本發(fā)明和各個實施例的針對特定應用的修改 、變形。
權利要求
1.一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統，其特征在于， 包括殼體，復數個準直透鏡或復數個會聚透鏡； 復數個準直透鏡或所述復數個會聚透鏡安裝于所述殼體中，當進行探測器真空紫外相對光譜響應率校準時，所述復數個準直透鏡中的特定準直透鏡將110nm-400nm波段范圍內的特定波段的紫外光源變?yōu)槠叫泄獍l(fā)送給所述探測器；當進行光源真空紫外光譜輻照度校準時，所述復數個會聚透鏡中的特定會聚透鏡將經過漫射器的110nm-400nm波段范圍內的特定波段的紫外光源會聚輸出至標準探測器，其中經過特定漫射器對特定波段的紫外光源進行均光。
2.根據權利要求1所述的一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統，其特征在于，所述復數個準直透鏡包括3個準直透鏡，其中: 第一準直透鏡，兩個表面半徑依次R ^，-213.28mm,厚度為6±0.Imm,兩表面通光口徑均為Φ64_，光學材料為氟化鋰晶體，將IlOnm至130nm波段范圍的紫外光源變?yōu)槠叫泄?；第二準直透鏡，兩個表面半徑依次為R ^,-192.25mm，厚度為6±0.1mm，兩表面通光口徑均為Φ 64mm，光學材料為氟化鈣晶體，將130nm至200nm波段范圍的紫外光源變?yōu)槠叫泄?；第三準直透鏡，兩個表面半徑依次為R ^,-168.31mm，厚度為6±0.1mm，兩表面通光口徑均為Φ 64mm，光學材料為氟化鈣晶體，將200nm至400nm波段范圍的紫外光源變?yōu)槠叫泄狻?br> 3.根據權利要求1所述的一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統，其特征在于，所述復數個會聚透鏡包括4個會聚透鏡，其中: 第一會聚透鏡，兩個表面半徑依次為281.5mm, -138.6mm,厚度為16±0.1mm,兩表面通光口徑均為Φ94_，光學材料為氟化鋰晶體，將經過漫射器的IlOnm至130nm波段的紫外光源會聚輸出；第二會聚透鏡，兩個表面半徑依次為234mm, -144.6mm,厚度為17±0.lmm,兩表面通光口徑均為Φ 94mm,光學材料為氟化 丐晶體,將經過漫射器的130nm至150nm波段的紫外光源會聚輸出；第三會聚透鏡，兩個表面半徑依次為206.2mm, -133.7mm，厚度為18±0.lmm,兩表面通光口徑均為Φ 94mm,光學材料為氟化I丐晶體,將經過漫射器的150nm至200nm波段的紫外光源會聚輸出；第四會聚透鏡，兩個表面半徑依次為180_，125.7mm,厚度為19±0.1mm,兩表面通光口徑均為Φ 94mm,光學材料為氟化I丐晶體,將經過漫射器的200nm至400nm波段的紫外光源會聚輸出。
4.根據權利要求3所述的一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統，其特征在于，對于點光源的紫外光源，所述漫射器為3個，所述3個漫射器中的第一漫射器對應于IIOnm 130nm波段范圍的紫外光源，材料為氟化鋰單晶，其凸面的曲率半徑為81.56mm，整體厚度為4±0.lmm,通光口徑為26mm,焦距數為9 ； 第二漫射器對應于130nm 200nm波段范圍的紫外光源，材料為氟化鈣單晶，其凸面的曲率半徑為77.35mm，整體厚度為4±0.1mm，通光口徑為26mm，F數為9 ； 第三漫射器對應于200nm 400nm波段范圍的紫外光源，材料為氟化鈣單晶，其凸面的曲率半徑為168.31mm，整體厚度為6±0.1mm，通光口徑為64mm，F數為9。
5.根據權利要求3所述的一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統，其特征在于，對于面光源的紫外光源，所述漫射器為3個，所述3個漫射器中的第一漫射器為對應于IlOnm 130nm波段范圍紫外光源的毛玻璃； 第二漫射器為對應于130nm 200nm波段范圍紫外光源的毛玻璃；第三漫射器為對應于200nm 400nm波段范圍紫外光源的毛玻璃。
6.根據權 利要求1所述的一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統，其特征在于，所述殼體為鋁合金材質。
全文摘要
本發(fā)明涉及光學系統設計技術領域，具體的講是一種用于真空紫外光譜參數校準的光學系統，其中當進行探測器真空紫外相對光譜響應率校準時，所述復數個準直透鏡中的特定準直透鏡將110nm-400nm波段范圍內的特定波段的紫外光源變?yōu)槠叫泄獍l(fā)送給所述探測器；當進行光源真空紫外光譜輻照度校準時，所述復數個會聚透鏡中的特定會聚透鏡將經過漫射器的110nm-400nm波段范圍內的特定波段的紫外光源會聚輸出至標準探測器，其中經過特定漫射器對特定波段的紫外光源進行均光。通過本發(fā)明實施例使用組合式設計方法，使光學系統的7片透鏡材料、波段范圍和性能參數得到合理匹配，降低了成本，簡化了系統結構。
文檔編號G02B27/09GK103176280SQ20131006583
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權日2013年3月4日
發(fā)明者孫廣尉, 孫紅勝, 王加朋, 張玉國, 任小婉, 魏建強, 宋春暉 申請人:北京振興計量測試研究所