一种VPH透射式光谱仪的谱线弯曲校正系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种VPH透射式光谱仪的谱线弯曲校正系统，系统包括入射狭缝、准直透镜组、VPH光栅、聚焦透镜组以及CCD。入射光经入射狭缝进入到VPH透射式光谱仪，经过准直透镜组准直，然后经VPH光栅衍射分光，衍射光聚焦镜聚焦至CCD成像单元。本实用新型专利技术针对特定的光学系统，通过计算设计一条弯曲狭缝，利用弯曲入射狭缝来补偿整个系统带来的谱线弯曲，从而实现对光谱仪器谱线弯曲的校正。该方法简单光速有效，不会影响仪器的性能，不会给用户增加额外的数据处理负担，从系统设计的源头解决光谱仪的谱线弯曲问题，可用于实际检测需求。

【技术实现步骤摘要】
一种VPH透射式光谱仪的谱线弯曲校正系统
本技术涉及光谱
，尤其涉及一种VPH透射式光谱仪的谱线弯曲校正方法。
技术介绍
成像光谱仪是一种用来获取目标二维空间信息和光谱信息的仪器，在各个领域都得到了广泛的应用。体全息光栅(VPH)相对于常规的反射式衍射光栅，具有最大的衍射效率极低的杂散光，利用VPH光栅结合透镜系统研制的成像光谱仪，相对于其它成像光谱仪而言，具有更高的成像质量和探测效率，其应用也越来越广泛，比如检测ITER中的Dα等离子体谱、拉曼光谱检测等等。然而对于成像光谱仪，由于其本身的光学特性，导致从入射狭缝出来的光成像到CCD上后不在是一条垂直线，在偏离中心位置处的光斑和偏离原来的主光路，导致谱线呈现出弯曲。这种谱线弯曲不仅会影响系统的光谱分辨率和空间分辨率，而且会对用户的数据处理造成很大的麻烦。针对这种谱线弯曲，传统的方法是对面阵CCD的每一列进行波长标定，从而得到整个面阵区域各个像素的波长信息，或者是通过标定相连间隔几列的标定公式，通过差值得到整个面阵区域的波长信息，但是这种方法都不能从根本上校正谱线弯曲，也有通过增加棱镜光栅的方式来校正谱线弯曲的，但是棱镜光栅成本太贵，不利于推广。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种有效校正成像光谱仪谱线弯曲的方法，特别是VPH透射式光谱仪这种覆盖波段范围窄的成像光谱仪。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种VPH透射式光谱仪的谱线弯曲校正系统，其特征在于：系统包括系统包括入射狭缝、准直透镜组、VPH光栅、聚焦透镜组以及CCD。入射光经入射狭缝进入到VPH透射式光谱仪，经过准直透镜组准直，然后经VPH光栅衍射分光，衍射光聚焦镜聚焦至CCD成像单元，入射光经过光栅衍射聚焦满足以下公式：Nmλ＝cos(γ)(sin(α+φ1)+sinβ)，其中α为光栅入射角，β为光栅衍射角，φ1为入射狭缝水平方向偏离主光轴角度，γ为入射狭缝垂直方向与主光轴夹角，N为光栅线密度，λ为入射光波长，m为光栅衍射级次。本技术针对特定的光学系统，通过计算设计一条弯曲狭缝，利用弯曲入射狭缝来补偿整个系统带来的谱线弯曲，从而实现对光谱仪器谱线弯曲的校正。该方法简单光速有效，不会影响仪器的性能，不会给用户增加额外的数据处理负担，从系统设计的源头解决光谱仪的谱线弯曲问题，可用于实际检测需求。附图说明图1是VPH系统的光学原理图；图2是谱线弯曲图；图3是谱线实测和理论谱线图；图4是本技术中窄缝弯曲曲线图；图5是本技术校正后的谱线示意图。具体实施方式图1所示为一个典型的VPH系统光学原理图，其中f1为入射臂长度；f2为出射臂长度；α为光栅入射角；β为光栅衍射角；X1为入射狭缝水平方向偏离主光轴距离；Φ1为入射狭缝水平方向偏离主，光轴角度；X2为衍射光斑水平方向偏离主光轴距离；Φ2为衍射光斑水平方向偏离主光轴角度；γ为入射狭缝垂直方向与主光轴夹角。设计光学系统光栅的衍射方程为：Nmλ＝cos(γ)(sin(α+φ1)+(sin(β+φ2)))N为光栅线密度，λ为入射光波长，m为光栅衍射级次。在主光轴上，Φ1＝Φ1＝γ＝0，光栅的衍射方程为：Nmλ＝sinα+sinβ当入射狭缝为一条垂直的狭缝时，γ≠0，但是φ1＝0，同时γ随高度的变化而不断变化，这就导致φ2不断的变化，导致谱线弯曲，狭缝的长度越长，衍射光斑偏离中心越远，弧线弯曲越大。此时光栅方程为：Nmλ＝cos(γ)(sinα+(sin(β+φ2)))设计一套VPH透射式光栅光谱仪，入射臂长f1＝135mm，出射臂f2＝85mm，中心波长λ＝653.288nm，光栅线密度N＝2163l/mm，衍射级次m＝+1，光栅入射角α＝45°，该系统测得的谱线弯曲如图2所示，谱线弯曲很严重，非常影响用户使用。对该系统的谱线弯曲进行检测，与理论值进行复核，判断系统的性能，谱线弯曲值与理论计算值非常吻合。本技术的要点在于弯曲狭缝的设计，以下具体说明。为了保证衍射光谱不弯曲，则需要保证φ2＝0，根据光栅方程，可以通过改变入射狭缝的角度来实现，因此可以通过设计一条弯曲狭缝来实现VPH透射式光谱仪的谱线弯曲矫正。此时光栅方程可表示为：Nmλ＝cos(γ)(sin(α+φ1)+sinβ)利用弯曲狭缝进行谱线弯曲校正，可以实现很好的校正效果，如图5所示，特别适用于VPH透射式光栅光谱仪，该校正方法简单，无需对整个系统进行较大改动，不影响系统性能，也不需要大量的数据处理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种VPH透射式光谱仪的谱线弯曲校正系统，其特征在于：系统包括系统包括入射狭缝(20)、准直透镜组(30)、VPH光栅(10)、聚焦透镜组(40)以及CCD(50)，入射光经入射狭缝进入到VPH透射式光谱仪，经过准直透镜组准直，然后经VPH光栅衍射分光，衍射光聚焦镜聚焦至CCD成像单元，入射光经过光栅衍射聚焦满足以下公式：Nmλ＝cos(γ)(sin(α+φ1)+sinβ)，其中α为光栅入射角，β为光栅衍射角，φ1为入射狭缝水平方向偏离主光轴角度，γ为入射狭缝垂直方向与主光轴夹角，N为光栅线密度，λ为入射光波长，m为光栅衍射级次。

【技术特征摘要】
1.一种VPH透射式光谱仪的谱线弯曲校正系统，其特征在于：系统包括系统包括入射狭缝(20)、准直透镜组(30)、VPH光栅(10)、聚焦透镜组(40)以及CCD(50)，入射光经入射狭缝进入到VPH透射式光谱仪，经过准直透镜组准直，然后经VPH光栅衍射分光，衍射光聚焦镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李朝阳，吴华峰，安宁，徐勇，
申请(专利权)人：安徽创谱仪器科技有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34