一種光譜儀的製作方法
2023-10-11 17:06:29 2
一種光譜儀的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種光譜儀，包括腔體，入射狹縫，光柵，傳感器，所述傳感器被所述腔體分隔成第一部分和第二部分，所述第一部分傳感器設置在所述腔體內，所述第二部分傳感器設置在所述腔體外；所述光譜儀進一步包括：入射窗口，所述入射窗口設置在所述腔體上，待分析光依次透過所述入射窗口、入射狹縫照射在所述光柵上；透光窗口，所述透光窗口設置在所述腔體上，經光柵分光後的長波光透過所述透光窗口入射到所述第二部分傳感器上。本發明具有成本低、腔體體積小等優點。
【專利說明】一種光譜儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光譜儀，特別涉及一種可同時分析空氣波段和真空紫外波段光譜的光譜儀。
【背景技術】
[0002]光是電磁波的一種，波長範圍約從Inm至Imm之間，其中200nm以上的光在空氣中的傳輸損耗很小，而200nm以下的真空紫外波段光由於會被空氣中的氧氣和水分等強烈吸收，只能在真空或紫外透明氣體(紫外吸收係數很低的氣體，例如氬氣、氮氣等)環境下才能夠正常傳輸。因此，若要想測量真空紫外波段光，必須為測量設備提供真空或紫外透明氣體的測量環境。
[0003]以圖1所示的帕型-龍格結構的光譜儀為例，待分析的複合光經透光窗口 16進入密封結構14所構建的密封腔體，通過入射狹縫11後，照射到光柵12上，經過光柵12的色散作用，不同波長的譜線被分開，從短波至長波沿D-E-F排列在圓弧13上，其中E點對應的波長為200nm，DE段為波長小於200nm的紫外波段光，EF段為波長大於200nm的空氣波段光。
[0004]為了同時測量波長為200nm以上和200nm以下的光，目前的解決方案有兩種:
[0005](I)對圖1所示的陰影部分抽真空，這樣短波長的光和長波長的光均處在真空環境中，可同時實現長、短波的測量，但真空方案需要更高的結構強度，還會帶來功耗、噪聲等諸多使用上的不便利。對紫外透明氣體吹掃方案來說，一般不採用，因為光譜儀的空間太大，要想使光譜儀內的氣體純度達到200nm以下真空紫外光的傳輸要求，紫外透明氣體吹掃的時間和效果會受到很大影響。
[0006](2)針對200nm以下的光波段專門設計一個小體積的氣體吹掃光譜儀，如圖2所示。待分析的複合光經透光窗口 26進入密封結構24所構建的密封腔體，通過入射狹縫21後，照射到光柵22上，經過光柵22的色散作用，不同波長的譜線被分開，沿D-E排列在圓弧23上。通過對光柵22的參數和入射狹縫21的位置的優化設計，可以使200nm以下的光譜位置與入射狹縫的位置最接近，這樣可以有效減少光譜儀的吹掃體積，進而減少吹掃的時間，改善吹掃效果。但這種方法需要用兩套光譜儀分別測量短波和長波的光譜，顯然增加了光譜儀的成本。
【發明內容】
[0007]為了解決現有技術中的不足，本發明提供了一種光譜儀，可以在同一套光學系統下將真空紫外的空間從整個光譜儀中區分開來，從而大大縮短氣體吹掃時間，改善吹掃效果O
[0008]為實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案:
[0009]一種光譜儀，包括腔體，入射狹縫，光柵，傳感器，所述傳感器被所述腔體分隔成第一部分和第二部分，所述第一部分傳感器設置在所述腔體內，所述第二部分傳感器設置在所述腔體外；所述光譜儀進一步包括:
[0010]入射窗口，所述入射窗口設置在所述腔體上，待分析光依次透過所述入射窗口、入射狹縫照射在所述光柵上；
[0011]透光窗口，所述透光窗口設置在所述腔體上，經光柵分光後的長波光透過所述透光窗口入射到所述第二部分傳感器上。
[0012]進一步，所述光譜儀還包括反射鏡，所述反射鏡設置在所述腔體內，從入射狹縫入射的光經所述反射鏡反射後照射到所述光柵上。
[0013]作為優選，所述反射鏡為平面鏡或球面鏡或非球面鏡。
[0014]進一步，所述入射狹縫設置在滿足光譜儀設計條件的位置上。
[0015]進一步，所述腔體內為真空或充有紫外透明氣體。
[0016]作為優選,所述紫外透明氣體為氮氣、氬氣或氦氣。
[0017]進一步,所述入射窗口和所述透光窗口為同一個窗口。
[0018]進一步，所述入射狹縫設置在滿足光譜儀設計條件的位置上。
[0019]作為優選，所述光柵為羅蘭凹面光柵或平場凹面光柵。
[0020]進一步，所述腔體為帶有進氣口和/或出氣口的密封腔體。
[0021]本發明所述長波為波長大於200nm的空氣波段光，短波為波長小於200nm的紫外波段光；本發明所述的紫外透明氣體為紫外吸收係數很低的氣體，例如氬氣、氮氣等。
[0022]本發明與現有技術相比具有以下有益效果:
[0023]1、成本低
[0024]一套光譜儀可同時分析波長大於200nm的空氣波段即長波光譜和波長小於200nm的真空紫外波段即短波光譜，降低了儀器成本；
[0025]2、腔體體積小
[0026]將真空紫外波段的短波光譜的空間從整個光譜儀中分開構成腔體，將空氣波段的光路隔出在腔體之外，大大減小了腔體體積；無論將腔體抽真空或填充紫外透明氣體或用紫外透明氣體吹掃置換，都大大縮短了操作過程時間，提高了效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是傳統光譜儀結構示意圖；
[0028]圖2是針對真空紫外波段光譜設計的光譜儀結構示意圖；
[0029]圖3是實施例2結構示意圖；
[0030]圖4是實施例3結構示意圖；
[0031]圖5是實施例4結構示意圖；
[0032]圖6是實施例5結構示意圖；
[0033]圖7是實施例6結構示意圖；
[0034]圖8是實施例7結構示意圖；
[0035]圖9是實施例8結構示意圖.
【具體實施方式】
[0036]實施例1
[0037]—種光譜儀，包括:腔體，入射狹縫，光柵，傳感器，所述傳感器被所述腔體分隔成第一部分和第二部分，所述第一部分傳感器設置在所述腔體內，所述第二部分傳感器設置在所述腔體外；
[0038]所述光譜儀進一步包括:
[0039]入射窗口，所述入射窗口設置在所述腔體上，待分析光依次透過所述入射窗口、入射狹縫照射在所述光柵上；
[0040]透光窗口，所述透光窗口設置在所述腔體上，經光柵分光後的長波光透過所述透光窗口入射到所述第二部分傳感器上。
[0041]本發明所述長波為波長大於200nm的空氣波段光，短波為波長小於200nm的紫外波段光。短波光對應所述第一部分傳感器，長波光對應所述第二部分傳感器。
[0042]為了實現短波的成像分析，短波從入射至到達第一部分傳感器的整個光路部分應該均在真空或紫外透明環境中；而長波對此無要求；則將短波部分的光路設置在滿足其測量要求的環境中即可，即，
[0043]進一步，所述腔體內為真空或充有紫外透明氣體。本發明所述的紫外透明氣體為紫外吸收係數很低的氣體，例如氬氣、氮氣、氦氣等。
[0044]故，短波到達第一部分傳感器的整個光路部分均設置在腔體內，為了減小腔體體積，可將第二部分傳感器設置在腔體外。此時，由於入射狹縫和光柵為了滿足短波測量環境要求，是處於腔體內的，而對於長波而言，其從入射至光柵部分的光路是在腔體內的，而從光柵傳播至第二部分傳感器的光路會穿過腔體壁，這就要求腔體壁在長波穿過時能夠透過長波光，即，
[0045]在所述腔體上設置透光窗口，以使長波能夠穿過併到達第二部分傳感器。
[0046]為了減小腔體的體積，進一步可將腔體內的光路摺疊，只要能夠使得入射光通過入射狹縫後到達光柵，並最終能到達相應傳感器即可；
[0047]進一步，所述光譜儀還包括反射鏡，所述反射鏡設置在所述腔體內，從入射狹縫入射的光經所述反射鏡反射後照射到所述光柵上。
[0048]作為優選，所述反射鏡為平面鏡或球面鏡或非球面鏡。
[0049]通過調整各器件之間的位置，可以進一步使得長波對應的透光窗口與所述入射窗口為同一個窗口。
[0050]進一步，所述入射狹縫設置在滿足光譜儀設計條件的位置上。
[0051]進一步，所述入射狹縫只允許寬ΙΟμπκ高1mm範圍內的光線通過。
[0052]作為優選，所述光柵為羅蘭凹面光柵或平場凹面光柵。
[0053]進一步，為了節省成本，可以將所述腔體設置為密封腔體，以降低抽真空或充紫外透明氣體或紫外透明氣體吹掃置換的成本；為了方便抽真空或充紫外透明氣體或通紫外透明氣體進行吹掃置換:
[0054]進一步，所述腔體為帶有進氣口和/或出氣口的密封腔體。
[0055]本發明提供的光譜儀，可同時分析波長大於200nm的空氣波段即長波光譜和波長小於200nm的真空紫外波段即短波光譜，降低了儀器成本；
[0056]將真空紫外波段的短波光譜的空間從整個光譜儀中分開構成腔體，將空氣波段的光路隔出在腔體之外，大大減小了腔體體積；無論將腔體抽真空或填充紫外透明氣體或用紫外透明氣體吹掃置換，都大大縮短了操作過程時間，提高了效率。
[0057]實施例2
[0058]本實施例是實施例1的應用例。
[0059]如圖3所示，一種光譜儀，包括腔體114，所述腔體114上設置入射窗口 116和透光窗口 115，所述腔體114內設置入射狹縫111和光柵112，入射狹縫111所處位置點記為A，所述光柵邊緣記為B-C ；
[0060]本實施例，所述光柵112為羅蘭凹面光柵。
[0061]所述入射狹縫111設置在羅蘭圓上,允許寬ΙΟμπκ高1mm範圍內的光線通過。
[0062]所述入射窗口 116能夠透過所有待分析光。所述透光窗口 115能夠透過長波光。
[0063]待分析光透過所述入射窗口 116通過入射狹縫111照射在所述光柵112上；
[0064]所述光柵112將從入射狹縫111入射的光按波長分開，並按波長順序匯聚在傳感器113上，所述傳感器記為D-E-F ；
[0065]傳感器D-E-F，包括第一部分傳感器D-E和第二部分傳感器E_F，所述第一部分傳感器D-E設置在所述腔體114內，所述第二部分傳感器E-F設置在所述腔體114外，短波光在所述腔體114內傳播到達第一部分傳感器D-E，長波光透過所述透光窗口 115到達第二部分傳感器E-F。
[0066]入射至光柵的光與從光柵出射的光之間的邊界點為G。只要將光路空間A-B-C-D-E-G-A設置在腔體內，即可實現本發明的目的。故，透光窗口 115在光路方向上設置在E-G段的後方。
[0067]所述腔體114為密封腔體。圖中陰影部分充有紫外透明氣體。本實施例，所述腔體114內充有氮氣。
[0068]實施例3
[0069]如圖4所示，一種光譜儀，與實施例2不同的是:本實施例的光譜儀還包括反射鏡127，所述反射鏡127設置在腔體124內，在光柵112的下端點B與最長光傳感器位置F連線的下方。
[0070]通過入射窗口 126的光透過入射狹縫121，先經過反射鏡127的反射後，再入射到光柵112上。所述入射狹縫121，在光柵112的上端點C與最短光傳感器位置D連線的上方。
[0071]所述反射鏡127可以為平面鏡、球面鏡或非球面鏡。
[0072]實施例4
[0073]如圖5所示，一種光譜儀，與實施例3不同的是:待分析光通過腔體134上的入射窗口 136入射到入射狹縫131上，所述入射狹縫131在光柵112的下端點B與最長光傳感器位置F連線的下方。
[0074]實施例5
[0075]本實施例是實施例1的應用例。
[0076]如圖6所示，一種光譜儀，與實施例2不同的是:
[0077]腔體214上設置入射窗口 216和透光窗口 215，所述腔體214內設置入射狹縫211和光柵212，入射狹縫211所處位置點記為a，所述光柵邊緣記為b_c ；
[0078]本實施例，所述光柵112為平場凹面光柵。
[0079]所述腔體214內充有氬氣。
[0080]所述光柵212將從入射狹縫211入射的光按波長分開，並按波長順序匯聚在傳感器213上，所述傳感器記為d-e-f ；
[0081]傳感器d-e-f，包括第一部分傳感器d-e和第二部分傳感器e-f，所述第一部分傳感器d-e設置在所述腔體214內，所述第二部分傳感器e-f設置在所述腔體214外，短波光在所述腔體214內傳播到達第一部分傳感器d-e，長波光透過所述透光窗口 215到達第二部分傳感器e-f。
[0082]入射至光柵的光與從光柵出射的光之間的邊界點為g。只要將光路空間a-b-c-e-d-g-a設置在腔體內，即可實現本發明的目的。故,透光窗口 215在光路方向上設置在c-e段的後方。
[0083]實施例6
[0084]如圖7所示，一種光譜儀，與實施例5不同的是:本實施例的光譜儀還包括反射鏡227，所述反射鏡227設置在腔體224內，在光柵212的下端點b與最短光傳感器位置d連線的下方。
[0085]通過入射窗口 226的光透過入射狹縫221，先經過反射鏡227的反射後，再入射到光柵212上。所述入射狹縫221，在光柵212的下端點b與最短光傳感器位置d連線的下方。
[0086]所述反射鏡227可以為平面鏡、球面鏡或非球面鏡。
[0087]實施例7
[0088]如圖8所示，一種光譜儀，與實施例6不同的是:待分析光通過腔體234上的入射窗口 236入射到入射狹縫231上，本實施例的光譜儀的入射狹縫231在腔體234內的位置做了調整，即所述入射狹縫231在光柵212的上端點c與最長光傳感器位置f連線的上方。
[0089]實施例8
[0090]如圖9所示，一種光譜儀，與實施例7不同的是:腔體244的入射窗口和透光窗口為同一個窗口，均為窗口 245,可透過所有待分析的光譜。
[0091]上述實施方式不應理解為對本發明保護範圍的限制。本發明的關鍵是:短波光在真空或紫外透明腔體內傳播到達第一部分傳感器，長波光透過腔體壁上的透光窗口到達第二部分傳感器。在不脫離本發明精神的情況下，對本發明做出的任何形式的改變均應落入本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種光譜儀，包括腔體，入射狹縫，光柵，傳感器，其特徵在於:所述傳感器被所述腔體分隔成第一部分和第二部分，所述第一部分傳感器設置在所述腔體內，所述第二部分傳感器設置在所述腔體外；所述光譜儀進一步包括: 入射窗口，所述入射窗口設置在所述腔體上，待分析光依次透過所述入射窗口、入射狹縫照射在所述光柵上； 透光窗口，所述透光窗口設置在所述腔體上，經光柵分光後的長波光透過所述透光窗口入射到所述第二部分傳感器上。
2.根據權利要求1所述的光譜儀，其特徵在於:所述光譜儀還包括反射鏡，所述反射鏡設置在所述腔體內，從入射狹縫入射的光經所述反射鏡反射後照射到所述光柵上。
3.根據權利要求2所述的光譜儀，其特徵在於:所述反射鏡為平面鏡或球面鏡或非球面鏡。
4.根據權利要求1所述的光譜儀，其特徵在於:所述腔體內為真空或充有紫外透明氣體。
5.根據權利要求4所述的光譜儀，其特徵在於:所述紫外透明氣體為氮氣、氬氣或氦氣。
6.根據權利要求1所述的光譜儀，其特徵在於:所述入射窗口和所述透光窗口為同一個窗口。
7.根據權利要求1所述的光譜儀，其特徵在於:所述光柵為羅蘭凹面光柵或平場凹面光柵。
8.根據權利要求1?7任一所述的光譜儀，其特徵在於:所述腔體為帶有進氣口和/或出氣口的密封腔體。
【文檔編號】G01J3/427GK104359558SQ201410650139
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月14日 優先權日:2014年11月14日
【發明者】呂全超, 壽淼鈞, 俞曉峰, 喻正寧, 丁海波 申請人:聚光科技(杭州)股份有限公司