采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)，涉及光譜儀分光系統(tǒng)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有離軸式光柵色散光譜系統(tǒng)存在的體積大、裝調(diào)困難、穩(wěn)定性差的問題。包括成像透鏡、位于成像透鏡像方焦點處的狹縫、準(zhǔn)直透鏡、分光元件、會聚透鏡和CCD探測器；分光元件包括兩個完全相同的體全息光柵和一個棱鏡，兩個體全息光柵分別膠合在棱鏡兩側(cè)，成像透鏡將物光成像于狹縫，準(zhǔn)直透鏡將其準(zhǔn)直為平行光，經(jīng)第一個體全息光柵衍射分光后，在第一個體全息光柵與棱鏡交界面處發(fā)生折射進(jìn)入棱鏡，在棱鏡底面發(fā)生全反射到達(dá)棱鏡與第二個體全息光柵交界面處，經(jīng)第二個體全息光柵衍射分光后經(jīng)會聚透鏡會聚于CCD探測器上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，裝調(diào)簡單，光能利用率高。
【專利說明】采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜儀分光系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]光譜儀是用來獲取目標(biāo)光譜信息的儀器，通過目標(biāo)的光譜圖像對目標(biāo)進(jìn)行探測識別或物質(zhì)成分分析，在國民生產(chǎn)、科學(xué)研宄和軍事等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]光譜儀分光系統(tǒng)，按其分光原理可分為色散式和調(diào)制式。色散式分為棱鏡色散光譜系統(tǒng)和光柵色散光譜系統(tǒng)，調(diào)制式主要是傅里葉變換系統(tǒng)。色散型的光譜分光系統(tǒng)中，棱鏡的色散率低，分光能力較差，無法達(dá)到高分辨率的要求；浮雕光柵的衍射效率低，光能利用率不高；光柵色散光譜系統(tǒng)包括反射式系統(tǒng)和透射式系統(tǒng)，反射式系統(tǒng)中最常用的C-T結(jié)構(gòu)(Czerny-Turner結(jié)構(gòu))如圖3所示，光線依次經(jīng)入射狹縫2、準(zhǔn)直鏡13準(zhǔn)直、光柵11、會聚鏡14會聚至出射狹縫12，該結(jié)構(gòu)采用單個光柵11分光，光柵11是一種反射式光柵；使用單個體全息光柵8的透射式結(jié)構(gòu)如圖4所示，光線依次經(jīng)入射狹縫2、準(zhǔn)直鏡13準(zhǔn)直、體全息光柵8、會聚鏡14會聚至出射狹縫12?，F(xiàn)有的光柵色散光譜系統(tǒng)入射光和出射光存在一定的夾角，屬于離軸系統(tǒng)，體積大，裝調(diào)困難，穩(wěn)定性差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有離軸式光柵色散光譜系統(tǒng)存在的體積大、裝調(diào)困難、穩(wěn)定性差的問題，本發(fā)明提供一種采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明的采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)，包括:成像透鏡、位于成像透鏡像方焦點處的狹縫、準(zhǔn)直透鏡、分光元件、會聚透鏡和CCD探測器；所述成像透鏡的像方焦點與準(zhǔn)直透鏡的物方焦點重合，所述分光元件由兩個完全相同的體全息光柵和一個棱鏡組成，兩個體全息光柵分別膠合在棱鏡兩側(cè)，棱鏡底角與體全息光柵布拉格角相等；
[0007]所述成像透鏡將物光成像于狹縫，準(zhǔn)直透鏡將其準(zhǔn)直為平行光，經(jīng)第一個體全息光柵衍射分光后，在第一個體全息光柵與棱鏡交界面處發(fā)生折射進(jìn)入棱鏡，在棱鏡底面發(fā)生全反射到達(dá)棱鏡與第二個體全息光柵交界面處，經(jīng)第二個體全息光柵衍射分光后經(jīng)會聚透鏡會聚于CXD探測器上。
[0008]所述成像透鏡、準(zhǔn)直透鏡和會聚透鏡可以是單片透鏡，也可以是由多片透鏡組成的鏡組。
[0009]所述CXD探測器可以選擇面陣CXD或線陣CXD。
[0010]所述棱鏡為施密特棱鏡或為截去頂角的施密特棱鏡。
[0011]所述體全息光柵通過保護(hù)玻璃固定在基板上。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:相比現(xiàn)有離軸式光柵色散光譜系統(tǒng)，本發(fā)明的采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)中，采用兩個體全息光柵和一個棱鏡的組合作為分光元件，分光性能更好；本發(fā)明為同軸光學(xué)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，裝調(diào)簡單，穩(wěn)定性強(qiáng)，更利于儀器的小型化；本發(fā)明采用的體全息光柵具有更高的衍射效率，光能利用率高，分光能力更強(qiáng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖。
[0014]圖2為分光元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為現(xiàn)有Czerny-Turner結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0016]圖4為使用單個體全息光柵的透射式結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0017]圖中:1、成像透鏡，2、狹縫，3、準(zhǔn)直透鏡，4、分光元件，5、會聚透鏡，6、(XD探測器，7、保護(hù)玻璃，8、體全息光柵，9、基板，10、棱鏡，11、光柵，12、出射狹縫，13、準(zhǔn)直鏡，14、會聚鏡。

【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)，由成像透鏡1、狹縫2、準(zhǔn)直透鏡3、分光元件4、會聚透鏡5和CXD探測器6組成。成像透鏡I的像方焦點與準(zhǔn)直透鏡3的物方焦點重合，并且狹縫2位于該焦點處即準(zhǔn)直透鏡3前焦面上。
[0020]如圖2所示，分光元件4由兩個完全相同的體全息光柵8和一個棱鏡10組成，這兩個體全息光柵8分別固定在棱鏡10兩側(cè)，首先通過保護(hù)玻璃7將體全息光柵8固定在基板9上，一個全息光柵8對應(yīng)一個保護(hù)玻璃7和一個基板9，再將兩個體全息光柵8分別與棱鏡10兩側(cè)膠合在一起。棱鏡10底角的大小取決于體全息光柵8的布拉格角，棱鏡10的底角與體全息光柵8的布拉格角相等，以保證光以布拉格角入射到體全息光柵8上。
[0021]成像透鏡1、準(zhǔn)直透鏡3和會聚透鏡5可以是單片透鏡，也可以是由多片透鏡組成的鏡組。光通量對于光學(xué)系統(tǒng)非常重要，因此成像透鏡I和準(zhǔn)直透鏡3應(yīng)當(dāng)具有盡可能大的相對孔徑，且當(dāng)入射光接近平行光時，成像透鏡I可以與準(zhǔn)直透鏡3的結(jié)構(gòu)相同，將其倒置即可。
[0022]本實施方式中，CXD探測器6可以選擇面陣CXD或線陣CXD。
[0023]本實施方式中，棱鏡10為施密特棱鏡或為截去頂角的施密特棱鏡。
[0024]本發(fā)明的采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)中，物光經(jīng)過成像透鏡I后成像于狹縫2處，準(zhǔn)直透鏡3將經(jīng)過狹縫2的出射光準(zhǔn)直為平行光入射到分光元件4處，平行光經(jīng)過第一個體全息光柵8衍射分光后，在第一個體全息光柵8與棱鏡10交界面處發(fā)生折射進(jìn)入棱鏡10，在棱鏡10底面發(fā)生全反射到達(dá)棱鏡10與第二個體全息光柵8交界面處，經(jīng)過第二個體全息光柵8衍射分光后經(jīng)過會聚透鏡5會聚于CXD探測器6像面處。其中，中心光線的+1級光譜的光路完全對稱，因此光線將沿著與入射光平行的方向出射，系統(tǒng)為同軸光學(xué)系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括:成像透鏡(I)、位于成像透鏡(I)像方焦點處的狹縫(2)、準(zhǔn)直透鏡(3)、分光元件(4)、會聚透鏡(5)和CCD探測器(6);所述成像透鏡⑴的像方焦點與準(zhǔn)直透鏡(3)的物方焦點重合，所述分光元件(4)由兩個完全相同的體全息光柵(8)和一個棱鏡(10)組成，兩個體全息光柵(8)分別膠合在棱鏡(10)兩側(cè)，棱鏡(10)底角與體全息光柵(8)布拉格角相等； 所述成像透鏡(I)將物光成像于狹縫(2)，準(zhǔn)直透鏡(3)將其準(zhǔn)直為平行光，經(jīng)第一個體全息光柵(8)衍射分光后，在第一個體全息光柵(8)與棱鏡(10)交界面處發(fā)生折射進(jìn)入棱鏡(10)，在棱鏡(10)底面發(fā)生全反射到達(dá)棱鏡(10)與第二個體全息光柵(8)交界面處，經(jīng)第二個體全息光柵(8)衍射分光后經(jīng)會聚透鏡(5)會聚于CCD探測器(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述成像透鏡(I)、準(zhǔn)直透鏡(3)和會聚透鏡(5)可以是單片透鏡，也可以是由多片透鏡組成的鏡組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述CCD探測器(6)可以選擇面陣CCD或線陣CCD。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述棱鏡(10)為施密特棱鏡或為截去頂角的施密特棱鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用體全息光柵和棱鏡組合分光的光譜儀同軸光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述體全息光柵(8)通過保護(hù)玻璃(7)固定在基板(9)上。
【文檔編號】G01J3/02GK104515597SQ201410787388
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】盧啟鵬, 何振磊, 丁海泉, 高洪智 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所