一種基於單級Lyot型濾光片的波長標定器件的製作方法

2023-10-04 04:36:24 1

本發明屬於光譜測試領域，具體是一種基於單級Lyot型濾光片的波長標定器件。

背景技術：

在磁約束聚變研究中，雜質輻射光譜攜帶了豐富且重要的等離子體信息，應用分光光譜儀進行等離子體參數的診斷由來已久，典型的應用為從譜線展寬中解讀出離子溫度的高低，從譜線的頻移中解讀出旋轉速度的大小。此類診斷用光譜儀在設計製造時，為了滿足實驗需求，往往採用極高的線色散率，探測器覆蓋波段範圍極為狹小。為了獲得高精度的離子溫度與旋轉速度信息，精確的波長標定必不可少。現實的困難是，廣泛用于波長標定的元素燈，低壓氣體放電燈在譜儀工作範圍內，僅有1條甚至沒有對應的標準燈譜線，無法應用標準線對比擬合的方式獲得譜儀的色散曲線，若通過設計參數推算譜線波長，會引入較大的系統誤差，並不能滿足實驗需求。尋求寬光譜，穩定，高精度的可見光標定光源是分光光譜儀應用的基礎需求。

Lyot型濾光片是法國物理學家Lyot為了天文研究的需要而發明的雙折射濾光片，具有大視場角，窄帶通等優良的性能，是一種應用廣泛的濾光片類型。Lyot型濾光片利用晶體的雙折射效應和偏光幹涉原理設計而成，結構極其簡潔，由兩塊偏振方向平行的偏振片中間插入一塊光軸偏置為45°的雙折射晶體構成，入射光在進入石英晶體後，由於晶體的雙折射效應，尋常光與非常光之間的相位延遲量是不同的，記為Δδ=2π(ne-no)d/λ，d為石英晶體的厚度。濾光片的透射比與該相位延遲量有關，為T=cos^2(Δδ/2)。不難看出，該透過率是隨入射波長震蕩變化的，極大值僅與晶片的折射率差和厚度大小有關。厚度越大，透過率極大或極小的波長差就越小，譜線解析度就越高。

本發明借鑑了連續光譜通過Lyot型濾光片的透過率特點，利用透過光譜震蕩變化的特點，設計了一款寬光譜，穩定、高精度的基於單級loyt型濾光片的波長標定器件。

技術實現要素：

本發明提供了一種寬光譜，高精度的新型波長標定器件，用以解決大線色散率，窄波段光譜儀的波長標定缺乏標準譜線的困難，配和標準燈使用，效果更佳。

為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案為：

一種基於單級Lyot型濾光片的波長標定器件，包括有光源、擴散鏡頭、單級Lyot型濾光片、耦合鏡頭四部分組成，其特徵在於：所述的光源為連續譜光源，所述的單級Lyot型濾光片由偏振片一、厚度可變的雙折射晶體、偏振片二依次排列組合而成；偏振片一和偏振片二的偏振方向相互平行，所述的厚度可變的雙折射晶體光軸方向垂直於光的傳播方向並與偏振片一和偏振片二的偏振方向成45°夾角；所述的連續光譜光源產生連續譜，經過單級Lyot型濾光片後，形成強弱相間的峰值間距可變的類梳狀光譜線，由耦合鏡頭聚焦至集束光纖，供光譜儀波長標定使用。

所述單級Lyot型濾光片安置於恆溫腔內，可保持光譜特性的穩定性。

所述的厚度可變的雙折射晶體可通過使用多個不同厚度的雙折射晶體疊加實現，多片雙折射晶體疊加時光軸方向嚴格一致，通過多片雙折射晶體的疊加實現厚度的調整，進而實現類梳狀光譜線峰值間距的調整，疊加得到的雙折射晶體整體厚度越大，峰值間距越小，器件精度越高。

所述雙折射晶體為可產生雙折射效果的石英等晶體材料。

所述偏振片為可產生偏振光的晶體、金屬線柵偏振片，二向色薄膜偏振片等。

所述光源為可產生連續譜的LED燈，滷素燈等光學光源。

本發明具有以下優點；

本發明配合連續譜光源以及單級Lyot型濾光片的使用獲得了寬光譜的類梳狀連續光譜，可以彌補常用的波長標定元素燈譜線稀疏的不足，通過精心選擇雙折射晶體的材料和厚度，可使得輸出光譜的峰值間隔滿足高解析度，窄波段譜儀的校準需求。同時，所述的單級Lyot型濾光片類光梳光譜發生器封裝於恆溫腔內，能夠保持輸出光譜的穩定性。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖。

其中：1、光源；2、擴散鏡頭；3、偏振片一；4、雙折射晶體；5、偏振片二；6、耦合鏡頭 ；7、集束光纖； 8、恆溫腔。

具體實施方式

參見圖1所示，一種基於單級Lyot型濾光片的波長標定器件，包括有光源1、擴散鏡頭2、單級Lyot型濾光片、耦合鏡頭6四部分組成，其特徵在於：所述的光源1為連續譜光源，所述的單級Lyot型濾光片由偏振片一3、厚度可變的雙折射晶體4、偏振片二5依次排列組合而成；偏振片一3和偏振片二5的偏振方向相互平行，所述的厚度可變的雙折射晶體4光軸方向垂直於光的傳播方向並與其偏振片一3和偏振片二5的偏振方向成45°夾角；所述的連續光譜光源1產生連續譜，該連續譜經過擴散鏡頭2後，形成亮度均勻的寬光譜，該寬光譜經過偏振片一3後形成線偏振光，線偏振光通過雙折射晶體4後再經過偏振片二5之後，形成類梳狀的連續光譜。該光譜經後置的耦合鏡頭6聚焦至集束光纖7，供光譜儀使用，通過雙折射晶體4後的連續譜中的o光和e光之間產生相位差Δδ=2π(ne-no)d/λ，d為雙折射晶體的厚度，連續譜線的透射率與該相位延遲量相關，為T=cos^2(Δδ/2)，、通過調整雙折射晶體的厚度d，可實現類梳狀光譜線峰值間距的調整，改變器件的精度。

所述單級Lyot型濾光片安置於恆溫腔內，可保持光譜特性的穩定性。

所述的厚度可變的雙折射晶體可通過使用多個不同厚度的雙折射晶體疊加實現，多個不同厚度的雙折射晶體疊加時光軸方向嚴格一致，通過多個不同厚度的雙折射晶體疊加實現該器件雙折射晶體厚度的調整，實現類梳狀光譜線峰值間距的調整，改變器件的精度，當疊加得到的雙折射晶體整體厚度越大，峰值間距越小，器件精度越高。

所述雙折射晶體4為可產生雙折射效果的石英等晶體材料。

所述偏振片一3和偏振片二5為可產生偏振光的晶體、金屬線柵偏振片，二向色薄膜偏振片。

所述光源1為可產生連續譜的LED燈，滷素燈等光學光源。

本發明在使用的時候，調整好雙折射晶體厚度，然後設計恆溫腔的溫度，待溫度達到設計的恆定值後，在開啟光源1，進行使用。