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用於校正光譜儀像散與彗差的自由曲面光學器件的製作方法

2023-06-07 11:06:31

專利名稱:用於校正光譜儀像散與彗差的自由曲面光學器件的製作方法
技術領域:
本發明是關於光譜儀器的改進,特別涉及一種用於同時校正光譜儀系統寬波段的子午彗差和像散的自由曲面光學器件。
背景技術:
光譜儀器一般是用來測定光源光譜組成的,包括光譜波長分布、強度響應和光譜帶寬等。以傳統的Czerny-Turner光譜儀為例,其包括入射狹縫、平面衍射光柵、準直鏡、成像鏡、光電探測器。準直鏡是將入射光束準直並反射到衍射光柵,反射鏡是將被衍射光柵色散的光束聚焦成像到探測器上,常用的光電探測器是線性CCD陣列,因此需要提高光譜儀的集光效率和解析度。在Czerny-Turner光譜儀系統中,光線經過離軸的準直鏡和成像鏡,到達像面的光程不同,與主光線的交點不同,因此產生像差。在子午面內,兩側的邊緣光線被反射鏡反射後與主光線交於不同的點,因此產生子午彗差。同時,光線被反射系統反射後,其在子午面內的光束與主光線的交點和弧矢面內的光束與主光線的交點不重合,因此得到像散。像散和彗差是影響CXD陣列集光效率和解析度的主要因素,所以在光譜儀中需要矯正這兩類像差。常用的方法是在光譜儀像面上增加柱面鏡,但是柱面鏡只能校正光譜儀的像散。校正光譜儀系統彗差的方法:調整光學系統的各參數,即選擇合適的準直鏡離軸角及曲率半徑,成像鏡離軸角及曲率半徑,光線在光柵上的入射角和衍射角,使這些參數之間滿足Shafer公式,來校正特定波長的彗差。但是該方法只能校正中心波長的彗差,整個光學系統的彗差隨波長變化呈V字型分布。為了得到光譜儀最大的解析度和集光效率,需要有一個光學器件同時校正光譜儀的像散和寬波段子午彗差。

發明內容
本發明的主要目的在於克服現有技術中的不足,提供一種能同時校正現有光譜儀寬波段的子午彗差和像散的自由曲面光學器件。為解決上述技術問題,本發明的解決方案是:提供一種用於校正光譜儀像散與彗差的自由曲面光學器件,光譜儀包括光源、入射狹縫、凹面準直鏡、平面衍射光柵、凹面成像鏡和光電探測器,其特徵在於,所述自由曲面光學器件位於凹面成像鏡與光電探測器之間,自由曲面光學器件的上表面是自由曲面,下表面是平面,下表面與光電探測器疊放在一起;所述自由曲面通過以下方法確定:A、計算出光束經過凹面準直鏡、平面衍射光柵和凹面成像鏡產生的總彗差:光束從入射狹縫入射光譜儀,經凹面準直鏡反射至平面衍射光柵的光程函數可以表示為:
權利要求
1.一種用於校正光譜儀像散與彗差的自由曲面光學器件,光譜儀包括光源、入射狹縫、凹面準直鏡、平面衍射光柵、凹面成像鏡和光電探測器,其特徵在於,所述自由曲面光學器件位於凹面成像鏡與光電探測器之間,自由曲面光學器件的上表面是自由曲面,下表面是平面,下表面與光電探測器疊放在一起;所述自由曲面通過以下方法確定: A、計算出光束經過凹面準直鏡、平面衍射光柵和凹面成像鏡產生的總彗差:光束從入射狹縫入射光譜儀,經凹面準直鏡反射至平面衍射光柵的光程函數可以表示為:
2.根據權利要求1所述的自由曲面光學器件,其特徵在於,所述自由曲面光學器件的中心厚度為9.4mm。
3.根據權利要求1所述的自由曲面光學器件,其特徵在於,所述自由曲面光學器件為材質是光學玻璃的光學器件。
4.根據權利要求1所述的自由曲面光學器件,其特徵在於,所述自由曲面的垂直於色散方向的曲率半徑在 4.5mm到5.5mm之間。
全文摘要
本發明關於光譜儀器的改進,旨在提供一種用於校正光譜儀像散與彗差的自由曲面光學器件。光譜儀包括光源、入射狹縫、凹面準直鏡、平面衍射光柵、凹面成像鏡和光電探測器,該自由曲面光學器件位於凹面成像鏡與光電探測器之間,自由曲面光學器件的上表面是自由曲面,下表面是平面,下表面與光電探測器疊放在一起。本發明設置在光譜儀的光電探測器(線性CCD陣列)上,本發明上表面的自由曲面曲率沿著色散方向和垂直於色散方向分別變化,分別校正光譜儀的子午彗差和像散,提高了集光效率,增加了光譜儀的靈敏度。
文檔編號G01J3/28GK103175611SQ20131005463
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月20日 優先權日2013年2月20日
發明者夏果, 陳豔婷, 劉康, 餘飛鴻 申請人:浙江大學

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