紫外非成像棱镜光谱仪光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种紫外非成像棱镜光谱仪光学系统，光纤出光口放置在一次准直透镜焦点位置，紫外光从光纤出光口，经一次准直透镜成平行光；经过第一、第二等边棱镜后，实现色散分光，色散的平行光经过前聚焦镜后聚焦于滤光光阑所在平面，滤光光阑遮挡弹性散射信号光，透过弱信号光，实现弹性散射信号光的首次过滤；弱信号光然后经过二次准直透镜再次形成平行光，并经过第三、第四等边棱镜实现二次分光，最后经过后聚焦透镜聚焦，从而实现弹性散射信号光的二次过滤。本发明专利技术能够对特定波长实现高抑制比，解决了激光雷达或激光激发诱导光谱测量中，对激光波长弹性散射强光抑制难度大的问题。

【技术实现步骤摘要】
紫外非成像棱镜光谱仪光学系统
本专利技术涉及光谱分光
的棱镜分光光学系统，具体地，涉及一种紫外非成像棱镜光谱仪光学系统。
技术介绍
地基或星载激光雷达、激光激发诱导光谱检测类仪器等接收散射信号后，常要求分光光学系统完成拉曼散射信号、荧光信号等非弹性散射信号的分离和检测。这些非弹性散射光信号能量低，且往往波长接近激光激发波长，这就要求这些仪器分光系统透过率高，且对弹性散射信号的抑制能力极强。现有的滤光片往往难以满足这一要求，尤其是在遇到云层散射等高强度弹性信号时，滤光片的抑制能力很难达到，且在紫外波段，窄带滤光片的光学效率很低，不利于弱光信号的检测。因此，提供一种适合于拉曼激光雷达或激光激发诱导光谱检测类仪器的高抑制比、高透过率的分光光学系统，成为业内亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供了一种高抑制比、高透过率的紫外非成像棱镜光谱仪光学系统，该光学系统可用于拉曼激光雷达或激光激发诱导光谱检测类仪器的分光。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种紫外非成像棱镜光谱仪光学系统，包括依次设置的前端分光棱镜组件、滤光组件和后端分光棱镜组件，其中：所述前端分光棱镜组件包括依次设置的光纤出光口、一次准直透镜、第一等边棱镜和第二等边棱镜，紫外光从光纤出光口，经过一次准直透镜形成平行光，平行光经过第一等边棱镜和第二等边棱镜，实现平行光的色散分光；所述滤光组件采用开普勒式扩束结构，包括依次设置的前聚焦透镜、滤光光阑和二次准直透镜，色散分光的平行光经过前聚焦透镜后形成弹性散射信号光，并聚焦于滤光光阑所在平面，滤光光阑遮挡弹性散射信号光，透过弱信号光，实现弹性散射信号光的首次过滤，弱信号光经过二次准直透镜再次形成平行光；所述后端分光棱镜组件包括依次设置的第三等边棱镜、第四等边棱镜和后聚焦透镜，弱信号平行光依次经过第三等边棱镜和第四等边棱镜，实现二次色散分光，最后经过后聚焦透镜聚焦，从而实现弹性散射信号光的二次过滤。优选地，所述光纤出光口设置于一次准直透镜的焦点位置上。优选地，所述滤光光阑设置于前聚焦透镜和二次准直透镜共同的焦平面处。优选地，所述滤光光阑用于抑制特定的波长，遮挡阻断弹性散射强光信号，并透过需测量的弱光信号。优选地，所述一次准直透镜、第一等边棱镜、第二等边棱镜、第三等边棱镜、第四等边棱镜、前聚焦透镜以及二次准直透镜均采用材质相同的高紫外透过率光学玻璃。优选地，所述一次准直透镜、第一等边棱镜、第二等边棱镜、前聚焦透镜、二次准直透镜、第三等边棱镜、第四等边棱镜在光学布局上具有180°旋转对称性。优选地，所述一次准直透镜、前聚焦透镜、二次准直透镜均为具有相同曲率半径的平凸球面透镜。优选地，所述第一等边棱镜、第二等边棱镜、第三等边棱镜、第四等边棱镜的入射面C相对于垂轴面旋转角满足以下关系式：其中，θ为各棱镜入射面与垂轴面旋转角，n为棱镜采用的光学材料在中心波长处的折射率。优选地，所述后聚焦透镜为长焦距双胶合厚透镜。优选地，所述后聚焦透镜用于削弱轴向色差，便于弱光聚焦后由探测器进行探测。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术提供的紫外非成像棱镜光谱仪光学系统，较之光栅类分光系统，具有结构简单、装调要求低、不易受震动干扰等优点，适合于车载、机载和星载；2、本专利技术提供的紫外非成像棱镜光谱仪光学系统，在工作谱段方面，适用于ND:YAG激光器四倍频紫外266nm中心波长、ND:YAG激光器混频紫外355nm中心波长、XeCl准分子激光器308nm中心波长的激光雷达系统或激光激发荧光、拉曼散射探测系统等；3、本专利技术能够对特定波长实现高抑制比，解决了激光雷达或激光激发诱导光谱测量中，对激光波长弹性散射强光抑制难度大的问题。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术所提供的光学系统布置的横截面示意图；图2是本专利技术所提供的光学系统布置的光路示意图；图3是本专利技术所提供的光学系统布置的光路3D图；图4是本专利技术所提供的光学系统布置针对266nm激光激发波长、N2(283.6nm)、O2(277.5nm)、H2O(294.6nm)拉曼散射波长在聚焦面上的分光效果；图5是本专利技术所提供的光学系统布置针对266nm激光激发波长、N2(283.6nm)、O2(277.5nm)、H2O(294.6nm)拉曼散射波长在滤光光阑面上的分光效果；图中：A为前端分光棱镜组件，B为滤光组件，C为后端分光棱镜组件；1为光纤出光口，2为一次准直透镜，3为第一等边棱镜，4为第二等边棱镜，5为前聚焦透镜，6为滤光光阑，7为二次准直透镜，8为第三等边棱镜，9为第四等边棱镜，10为后聚焦透镜。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。请同时参阅图1至图5。本实施例提供了一种紫外非成像棱镜光谱仪光学系统，包括依次设置的前端分光棱镜组件、滤光组件和后端分光棱镜组件，其中：所述前端分光棱镜组件包括依次设置的光纤出光口、一次准直透镜、第一等边棱镜和第二等边棱镜，紫外光从光纤出光口，经过一次准直透镜形成平行光，平行光经过第一等边棱镜和第二等边棱镜，实现平行光的色散分光；所述滤光组件采用开普勒式扩束结构，包括依次设置的前聚焦透镜、滤光光阑和二次准直透镜，色散分光的平行光经过前聚焦透镜后形成弹性散射信号光，并聚焦于滤光光阑所在平面，滤光光阑遮挡弹性散射信号光，透过弱信号光，实现弹性散射信号光的首次过滤，弱信号光经过二次准直透镜再次形成平行光；所述后端分光棱镜组件包括依次设置的第三等边棱镜、第四等边棱镜和后聚焦透镜，弱信号平行光依次经过第三等边棱镜和第四等边棱镜，实现二次色散分光，最后经过后聚焦透镜聚焦，从而实现弹性散射信号光的二次过滤。进一步地，所述光纤出光口设置于一次准直透镜的焦点位置上。进一步地，所述滤光光阑设置于前聚焦透镜和二次准直透镜共同的焦平面处。进一步地，所述滤光光阑用于抑制特定的波长，遮挡阻断弹性散射强光信号，并透过需测量的弱光信号。进一步地，所述一次准直透镜、第一等边棱镜、第二等边棱镜、第三等边棱镜、第四等边棱镜、前聚焦透镜以及二次准直透镜均采用材质相同的高紫外透过率光学玻璃。进一步地，所述一次准直透镜、第一等边棱镜、第二等边棱镜、前聚焦透镜、二次准直透镜、第三等边棱镜、第四等边棱镜在光学布局上具有180°旋转对称性。进一步地，所述一次准直透镜、前聚焦透镜、二次准直透镜均为具有相同曲率半径的平凸球面透镜。进一步地，所述第一等边棱镜、第二等边棱镜、第三等边棱镜、第四等边棱镜的入射面C相对于垂轴面旋转角满足以下关系式：其中，θ为各棱镜入射面与垂轴面旋转角，n为棱镜采用的光学材料在中心波长处的折射率。进一步地，所述后聚焦透镜为长焦距双胶合厚透镜。进一步地，所述后聚焦透镜用于削弱轴向色差，便于弱光聚焦后由探测器进行探测。进一步地，所述第一、第二、第三、第四等边棱镜均为等边三棱镜。下面结合附图对本实施例做进一步说明。如图1所示，本实施例提供的紫外非成像棱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外非成像棱镜光谱仪光学系统，其特征在于，包括依次设置的前端分光棱镜组件、滤光组件和后端分光棱镜组件，其中：所述前端分光棱镜组件包括依次设置的光纤出光口、一次准直透镜、第一等边棱镜和第二等边棱镜，紫外光从光纤出光口，经过一次准直透镜形成平行光，平行光经过第一等边棱镜和第二等边棱镜，实现平行光的色散分光；所述滤光组件采用开普勒式扩束结构，包括依次设置的前聚焦透镜、滤光光阑和二次准直透镜，色散分光的平行光经过前聚焦透镜后形成弹性散射信号光，并聚焦于滤光光阑所在平面，滤光光阑遮挡弹性散射信号光，透过弱信号光，实现弹性散射信号光的首次过滤，弱信号光经过二次准直透镜再次形成平行光；所述后端分光棱镜组件包括依次设置的第三等边棱镜、第四等边棱镜和后聚焦透镜，弱信号平行光依次经过第三等边棱镜和第四等边棱镜，实现二次色散分光，最后经过后聚焦透镜聚焦，从而实现弹性散射信号光的二次过滤。

【技术特征摘要】
1.一种紫外非成像棱镜光谱仪光学系统，其特征在于，包括依次设置的前端分光棱镜组件、滤光组件和后端分光棱镜组件，其中：所述前端分光棱镜组件包括依次设置的光纤出光口、一次准直透镜、第一等边棱镜和第二等边棱镜，紫外光从光纤出光口，经过一次准直透镜形成平行光，平行光经过第一等边棱镜和第二等边棱镜，实现平行光的色散分光；所述滤光组件采用开普勒式扩束结构，包括依次设置的前聚焦透镜、滤光光阑和二次准直透镜，色散分光的平行光经过前聚焦透镜后形成弹性散射信号光，并聚焦于滤光光阑所在平面，滤光光阑遮挡弹性散射信号光，透过弱信号光，实现弹性散射信号光的首次过滤，弱信号光经过二次准直透镜再次形成平行光；所述后端分光棱镜组件包括依次设置的第三等边棱镜、第四等边棱镜和后聚焦透镜，弱信号平行光依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪少林，程卫强，周徐斌，田华，崔伟，杨珺，何军，杨春燕，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31