紫外濾光裝置及其紫外濾光方法
2023-04-29 23:57:06 1
專利名稱：紫外濾光裝置及其紫外濾光方法
技術領域：
本發明涉及一種用於從連續光或多種光譜的光束中濾除非紫外光譜成分，獲得紫外光束的濾光裝置，它可被應用於光學工程、分析儀器等技術領域。同時本發明還涉及該裝置的紫外濾光方法。
目前在國內外市場上應用的先進紫外濾光器主要是幹涉濾光器，這是一種基於法布裡—珀羅標準具幹涉原理製成的濾光器。國外具有代表性的產品是美國Monitor公司的紫外濾光片，國內具有代表性的產品是北京大學實創新技術公司的濾光片。這類產品是紫外分光光度儀、紫外螢光分析儀等儀器設備上的核心器件。但目前這類濾光器存在的問題如下1、在性能方面存在透過率不高(只有百分之十幾)；濾光膜層特性不夠穩定，易劣化和使用壽命不夠長；工藝上易產生針孔引起漏光等問題。2、價格昂貴且質量不夠穩定。因此，現有的紫外濾光裝置很難滿足實際的需要。
本發明的目的在於提供一種結構簡單、成本較低的紫外濾光裝置，它能克服現有膜層濾光器性能上存在的透過率低、針孔漏光、特性穩定性差、性能易劣化等問題。同時，本發明還提供該紫外濾光裝置的紫外濾光方法。
為了克服現有技術存在的問題，本發明採用經典的全反射和稜鏡分光理論以及傳統的光學加工技術，提供一種全反射式的紫外濾光裝置。具體的講，本發明的紫外濾光裝置由輸入光欄、多角石英稜鏡、輸出光欄和光屏蔽外殼共同構成，多角石英稜鏡的光線入射面ad/ad＇/a＇d/a＇d＇與反射面ab的夾角α1、光線的兩個出射面bc/b＇c與cd/c＇d的夾角α2分別等於設定的高端波長和低端波長的全反射臨界角ic1和ic2，輸入光欄和輸出光欄安裝於光屏蔽外殼上，多角稜鏡安裝於光屏蔽外殼內部，其安裝保證由輸入光欄進入的紫外光束垂直入射多角石英稜鏡，經一次全反射和一次折射後由輸出光欄輸出。
在上述發明中，多角石英稜鏡可以是四角六面體，也可以是六角八面體或八角十面體等，只要α1和α2滿足所述的要求即可。
在上述紫外濾光裝置中，光屏蔽外殼包括不透光外殼和填充於稜鏡底部與稜鏡之間的吸光材料兩部分；稜鏡的底部安裝有旋轉軸，稜鏡與外殼之間安裝有微調裝置，通過調節微調裝置可以使稜鏡作順時針或逆時針方向的微調。
上述稜鏡的旋轉軸可以是一對頂針或一條圓柱狀的金屬棒，只要有利於旋轉即可；微調裝置可以由兩條/兩對安裝於外殼上的螺紋推桿構成，也可以由一條/一對安裝於外殼上的螺紋推桿和安裝於外殼與稜鏡之間的一條/一對彈簧構成。
在稜鏡的底面與側面，還有一個起固定作用的支架，稜鏡安裝於支架上，支架通過固定螺釘固定於外殼上。
在本發明中，不透明外殼包括前面板、底版、側板，其內壁塗有吸光材料，其底板和側板可以由兩塊組裝，也可以是一個完整的鑄件，其前面板必須單獨製造後再進行安裝。
本發明的紫外濾光方法如下經準直的光束由輸入光欄進入，並垂直入射多角石英稜鏡，進入稜鏡的光束經稜鏡的ab面時發生全反射和折射，折射部分由吸光材料所吸收，全反射部分繼續在稜鏡中傳播，並在稜鏡的cd/c＇d面再次發生全反射和折射，全反射部分由稜鏡的bc/b＇c面進入吸光材料被吸收，折射部分由輸出光欄輸出，即為所需的紫外光。
在上述方法中，由於稜鏡的夾角α1和α2分別等於設定的高端波長和低端波長的全反射臨界角ic1和ic2，保證了光束入射ab面的入射角i1保持在一定的範圍，對於紫外光以及波長小於紫外光的光束來說，它大於發生全反射的臨界角，因此發生全反射，對于波長大於紫外光的光束來說，它又小於發生全反射的臨界角，因此發生折射而被吸收。因此，經過第一次的全反射和折射，波長大於紫外光的部分被濾掉。同理，由於稜鏡夾角a的限制，光束達到cd/c＇d面的入射角i2也有一定的範圍，對於紫外光而言，它小於發生全反射的臨界角，因此發生折射，對于波長小於紫外光的光束而言，它又對於發生全反射的臨界角，因此發生全反射而被濾掉。所以，經過兩次反射與折射後，剩下的只有設定中心波長的紫外光。
與目前常用的幹涉濾光片比較，本發明具有如下的優點和效果1、透光率較高。本器件的透光率僅由石英稜鏡的透過率決定，而無膜層的影響。
2、無膜層針孔漏光缺陷，性能耐久穩定，特別適合強紫外光源應用。
3、製作工藝中無須貴重的膜層材料和複雜工藝設備。成品率高，價格較低廉，便於在我國推廣使用。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進一步說明如下
圖1是本發明紫外濾光裝置的垂直方向剖面2是沿圖1中A-A線所作的剖面3為本發明微調裝置另一實施方式的示意4為本發明稜鏡另一實施方式——六角八面體的剖面示意5為另一形狀的六角八面稜鏡的剖面6為本發明稜鏡另一實施方式——八角十面體的剖面示意圖在圖1和圖2中，1是輸入光欄，它是一個帶孔的圓片金屬零件，用於控制入射光束的大小和形狀；2是前面板；3是底板；石英稜鏡4是一個用石英材料製成的四角六面稜鏡，是本發明的核心部分。它裝在支架9上，可以圍繞頂針8轉動。輸出光欄7也是一個帶孔的金屬片零件，用於控制輸出光束的大小、形狀和光譜成分。螺紋推桿6和壓簧可微調稜鏡的轉角。螺釘10用於固緊稜鏡4的位置。5是黑色泡末吸光材料，用於吸收要濾除的光譜成分。11是外殼的側板。
在圖3中，微調裝置由螺紋推桿13和螺紋推桿6構成，它們均可以是一條或一對，進行微調時，當一條/一對推桿旋進時，另一條/一對推桿同步旋出。
在圖4中，α1是指ad＇面與ab面的夾角，α2是b＇c面與cd面的夾角。
在圖5中，α1是指a＇d面與ab面的夾角，α2是bc面與c＇d面的夾角。
在圖6中，α1是指a＇d＇面與ab面的夾角，α2是b＇c面與c＇d面的夾角。
以下舉例說明本裝置的應用。以本發明裝置用於從氙燈的光譜成分中獲得中心波長為214nm的光束作為例子，說明本發明的工作原理和功能。
氙燈光譜中包含從近紅、可見和紫外光成分。是一種連續光譜和線光譜組成的光源。為了在這種輸入的光譜成分中獲得中心波長為214nm的窄帶光線，必須濾除氙燈光譜成分中波長大於214nm的光譜成分，同時還需濾除波長小於214nm的光譜，才能最後獲得中心波長為214nm的窄帶紫外光束。
本發明根據折射率是波長λ的函數和實驗獲得的石英材料n-λ關係曲線數據以及全反射臨界角公式，建立了一個全反射角(ic)一波長(λ)關係數據表如下
為了得到中心波長為214nm的窄帶光束，可從表中選取220nm對應的ic＝38.05°作為B1光束入射角i1，以200nm對應的ic＝37.34°作為B2光束的入射角i2，以這些數據設計的稜鏡進行濾波的過程如下如圖1所示氙燈光光束準直後通過光欄1，以入射角i1＝38.05°入射稜鏡的ab面，此時，由於i1是波長為220nm的全反射臨界角，使入射光束中小於220nm光譜成分發生全反射，而大於220nm的光譜成分則從光密介質折射入光疏介質(空氣)被吸光材料吸收而濾除。與此同時小於220nm的紫外光束B2又以入射角i2＝37.34°入射cd面，產生小於200nm光譜成分的全反射光束B3，這部分光透過cb面被吸光材料吸收濾除。B2光束中大於200nm的光束從光密進入光疏介質折向出射光欄7，這樣我們希望獲得的200nm～220nm的帶通光束將從出射光欄輸出。
本發明並不局限於上述所描述的方案，凡是根據本發明提供方案所作的與本發明實質內容相同的修改或等量替換均屬於本發明的保護範圍，如在不影響光線傳播的情況下，改變稜鏡的形狀；對旋轉軸進行實質功能相同的改變；改變稜鏡微調裝置的位置或推桿與彈簧的數目等都是本發明的等量替換。
權利要求
1.一種紫外濾光裝置，其特徵在於由輸入光欄、多角石英稜鏡、輸出光欄和光屏蔽外殼共同構成，多角石英稜鏡的光線入射面ad/ad＇/a＇d/a＇d＇與反射面ab的夾角α1、光線的兩個出射面bc/b＇c與cd/c＇d的夾角α2分別等於設定的高端波長和低端波長的全反射臨界角ic1和ic2，輸入光欄和輸出光欄安裝於光屏蔽外殼上，多角稜鏡安裝於光屏蔽外殼內部，其安裝保證由輸入光欄進入的紫外光束垂直入射多角石英稜鏡，經一次全反射和一次折射後由輸出光欄輸出。
2.如權利要求1所述的紫外濾光裝置，其特徵在於所述的多角石英稜鏡為四角六面體或六角八面體或八角十面體。
3.如權利要求1所述的紫外濾光裝置，其特徵在於所述的光屏蔽外殼包括不透光外殼和填充於稜鏡底部與稜鏡之間的吸光材料兩部分；稜鏡的底部安裝有旋轉軸，稜鏡與外殼之間安裝有微調裝置，通過調節微調裝置可以使稜鏡作順時針或逆時針方向的微調。
4.如權利要求3所述的紫外濾光裝置，其特徵在於所述稜鏡的旋轉軸是一對頂針或一條圓柱狀的金屬棒；微調裝置由兩條/兩對安裝於外殼上的螺紋推桿或一條/一對安裝於外殼上的螺紋推桿與安裝於外殼與稜鏡之間的一條/一對彈簧構成。
5.如權利要求1所述的紫外濾光裝置，其特徵在於所述的稜鏡安裝於一個固定支架上，固定支架通過螺釘固定於外殼上。
6.一種紫外濾光方法，其特徵在於經準直的光束由輸入光欄進入，並垂直入射多角石英稜鏡，進入稜鏡的光束經稜鏡的ab面時發生全反射和折射，折射部分由吸光材料所吸收，全反射部分繼續在稜鏡中傳播，並在稜鏡的cd/c＇d面再次發生全反射和折射，全反射部分由稜鏡的bc/b＇c面進入吸光材料被吸收，折射部分由輸出光欄輸出，即為所需的紫外光。
全文摘要
本發明提供一種紫外濾光裝置,由輸入光欄、多角石英稜鏡、輸出光欄和光屏蔽外殼共同構成,多角石英稜鏡的光線入射面ad/ad′/a′d/a′d′與反射面ab的夾角α
文檔編號G01J3/18GK1376901SQ0211516
公開日2002年10月30日 申請日期2002年4月28日 優先權日2002年4月28日
發明者何振江, 楊冠玲, 許超彬 申請人:華南師範大學