光谱仪色散组件及光谱仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种光谱仪色散组件，所述色散组件包括衍射光栅一和衍射光栅二，所述衍射光栅一为近红外透射性衍射光栅，所述衍射光栅二为近红外反射性衍射光栅，所述衍射光栅一的极限分辨率小于所述衍射光栅二的极限分比率。色散组件通过采用双光栅，入射的平行光依次经过衍射光栅一和衍射光栅二的分光衍射，可以具有更强的衍射本领，实现更准确的波长测量，从而使光谱仪对于更大波长范围的宽带光，拥有更高的分光本领。

Spectrometer dispersion module and spectrometer

【技术实现步骤摘要】
光谱仪色散组件及光谱仪
本技术涉及光谱探测
，具体涉及一种光谱仪色散组件及光谱仪。
技术介绍
成像光谱仪是用来进行目标探测、识别和物质成分分析的主要仪器之一。它可以同时获取目标的几何特征分布和光谱特征信息，在地质勘察，环境监测、农林经济和科学研究等领域应用广泛。成像光谱仪的分光功能由分光器件实现，其直接影响着光谱仪的分辨率等性能参数。分光器件通常由光栅、棱镜或者光栅-棱镜构成，各有优势。专利文件CN201810184071.X《一种棱镜型空间外差光谱仪》，以及CN201711251506.X《一种双光栅共CCD光谱仪》中提到的利用两个色散元件对宽带光进行两次分光的光谱仪结构装置，其中《一种双光栅共CCD光谱仪》中提到的色散系统为两个光栅，该色散组在其装置系统中的功能主要是对两个谱段范围分别进行色散分光，对于需要对同一光源的宽带光进行高分辨成像需求是不能满足的。而《一种棱镜型空间外差光谱仪》专利文件中提到的色散系统为两个棱镜，系统具有超高的分辨率，适用探测大气遥感、天文观测等领域，然而空间外差光谱仪本身是一个干涉系统，对于复杂的相干光，其内部干涉信号变得复杂，其探测器的动态范围、精度、以及系统性能等将受到限制。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本技术提供一种光谱仪色散组件及光谱仪。解决其技术问题的解决方案是：一种光谱仪色散组件，所述色散组件包括衍射光栅一和衍射光栅二，所述衍射光栅一为近红外透射性衍射光栅，所述衍射光栅二为近红外反射性衍射光栅，所述衍射光栅一的极限分辨率小于所述衍射光栅二的极限分比率。进一步地，上述衍射光栅一为300刻线对的近红外透射性衍射光栅；所述衍射光栅二为1800刻线对的近红外反射性衍射光栅。进一步地，上述衍射光栅一和衍射光栅二的尺寸为20mm×20mm—30mm×30mm。本技术的另一方面还提供了一种包含上述色散组件的光谱仪。进一步地，上述光谱仪，还包括光纤接入模块、光聚焦模块、探测器模块。进一步地，上述光纤接入模块包括光纤接入狭缝，光纤准直器。进一步地，上述光聚焦模块为消色差聚焦柱透镜。进一步地，上述消色差聚焦柱透镜的焦距为30-70mm。进一步地，上述探测器模块为线阵CCD。进一步地，上述线阵CCD的像素点为4096。本技术的有益效果是：本技术的色散组件通过采用双光栅，可以具有更强的衍射本领，实现更准确的波长测量，从而是光谱仪对于更大波长范围的宽带光，拥有更高的分光本领。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本技术的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。图1是本技术实施例提供的色散组件示意图；图2是本技术实施例提供的光谱仪结构示意图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本技术保护的范围。本技术创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。光栅是一种常见的分光元件，平行的单色光束照射到光栅上，会产生不同级次的衍射，平行的多色光光束照射到光栅上，会产生色散，以使不同波长均满足光栅方程。参考图1，本技术的光谱仪色散组件，包括衍射光栅一3和衍射光栅二4，衍射光栅一3为近红外透射性衍射光栅，衍射光栅二4为近红外反射性衍射光栅，衍射光栅一3的极限分辨率小于衍射光栅二4的极限分比率。各输出光线的衍射角是关于波长的线性分布，由于衍射光栅一3光分辨率小于衍射光栅二，对于宽带光，其可连续经过衍射光栅一3和衍射光栅二4从而实现高分辨率的分光。在一实施例中，衍射光栅一3为300刻线对的近红外透射性衍射光栅；衍射光栅二4为1800刻线对的近红外反射性衍射光栅。光栅的极限分辨率：Δλ＝λ/(mN)，其中λ波长，m级次，N光束在光栅上覆盖的线数。因此同样条件下，刻线对越多，光栅分辨率越高。具体地，对该实施例的色散组件，准直后的平行光经过首先经过300刻线对的近红外透射性衍射光栅一3，以光栅闪耀角度入射在光栅面，以固定角度发散，取一阶衍射，对应波长的衍射角度可以根据光栅方程计算得到，即衍射角θi可表示为：其中λ代表波长，d为光栅长度。其理论的光差分辨率定义为：其中N为照射的凹痕数量，m为衍射阶数，这样可以计算后准直后的光束的直径的理论值近似值。接着，来自衍射光栅一3的第一级衍射分光的各光线将以固定的衍射角射θi入，当光以一定方向射入衍射光栅二4时，其光栅表达式为：a[sin(θm)-sin(θi)]＝mλ。其中a为1/1800，则经过第二级光栅后的宽带光的光差分辨率将增大，实现超大衍射角的光谱色散衍射图。衍射光栅一3和衍射光栅二4的尺寸通常为20mm×20mm—30mm×30mm，如25mm×25mm，20mm×20mm等。参考图2，为本技术的一包含上述色散组件的光谱仪结构示意图，其依次包括光纤接入模块、色散组件、光聚焦模块5、探测器6。其中，光纤接入模块包括光纤接入狭缝1，光纤准直器2。色散模块包括衍射光栅一3和衍射光栅二4，其中两光栅的参数分别为：25毫米x25毫米尺寸大小的300刻线对的近红外透射性衍射光栅以及1800刻线对的近红外反射性衍射光栅。来自光纤接狭缝1的入射宽带光首先经过光纤准直器2进行准直，将入射的发散光准直为平行光，平行光首先经过300刻线对的衍射光栅3，接着，各不同波长的光将以固定的衍射角射出，然后射入1800刻线对的衍射光栅4，光经过两个光栅后将实现在同一方向上的高精度分光，最后由光聚焦模块5将衍射光聚焦于探测器6上。光聚焦模块5可以为消色差聚焦柱透镜，优选地，消色差聚焦柱透镜的焦距为30-70mm，如30mm，40mm，45mm，50mm，55mm，60mm，65mm，70mm等。探测器6可以为线阵CCD，优选地，线阵CCD的像素点为4096。进一步地，探测器6接收到的信号可以传输到计算机中进行成像。综上，本技术的色散组件通过采用双光栅，入射的平行光依次经过衍射光栅一和衍射光栅二的分光衍射，可以具有更强的衍射本领，实现更准确的波长测量，从而使光谱仪对于更大波长范围的宽带光，拥有更高的分光本领。以上对本技术的较佳实施方式进行了具体说明，但本专利技术创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本专利技术精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱仪色散组件，其特征在于：所述色散组件包括衍射光栅一和衍射光栅二，所述衍射光栅一为近红外透射性衍射光栅，所述衍射光栅二为近红外反射性衍射光栅，所述衍射光栅一的极限分辨率小于所述衍射光栅二的极限分比率。

【技术特征摘要】
1.一种光谱仪色散组件，其特征在于：所述色散组件包括衍射光栅一和衍射光栅二，所述衍射光栅一为近红外透射性衍射光栅，所述衍射光栅二为近红外反射性衍射光栅，所述衍射光栅一的极限分辨率小于所述衍射光栅二的极限分比率。2.根据权利要求1所述的色散组件，其特征在于，所述衍射光栅一为300刻线对的近红外透射性衍射光栅；所述衍射光栅二为1800刻线对的近红外反射性衍射光栅。3.根据权利要求1或2所述的色散组件，其特征在于，所述衍射光栅一和衍射光栅二的尺寸为20mm×20mm—30mm×30mm。4.一种光谱仪，其特征在于，包括如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦嘉，吴小翠，安林，黄燕平，蓝公仆，谭海曙，陈国杰，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：新型
国别省市：广东,44