一种高分辨率光谱测量装置，涉及光谱测量技术领域；所要解决的是提高灵敏度和分辨率的光谱测量技术问题；该测量装置由光入射端起依次包括入射透镜、多套色散传播部分、狭缝、终端色散元件、面阵光敏元件，所述每套色散传播部分由光输入端起依次包括色散元件、柱透镜、按直线排列的多根光纤束；入射光经入射透镜后形成平行光照射到第一色散元件上进行分段，经第一色散元件色散后的入射光经柱透镜聚焦后分段进入多根光纤束，再传播到后一套色散传播部分的色散元件上进行再分段，或者经过狭缝到达终端色散元件，再照射到面阵光敏元件上转换成电信号，完成光谱的测量。本实用新型专利技术具有高分辨率、高灵敏度，能测量动态光谱或瞬态光谱的特点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及光谱测量技术，特别是涉及一种用多个色散元件、光纤和面阵光 敏元件，如CCD、 CM0S、 PDA等来实现高分辨率光谱测量的技术。
技术介绍
光谱测量装置是应用极广泛的测量和分析仪器，在各行各业都有广泛的应用。 现有的光谱测量装置采用棱镜或光栅等色散元件将入射光色散成组成入射光的光 谱。测量光谱有2类方法，1类是固定出射狭缝，在出射狭缝出口装有光电探测元 件，如光电倍增管等。当入射光经过入射狭缝照射到色散元件时，旋转色散元件， 使色散的光谱信号连续通过出射狭缝被狭缝出口安装的光电探测元件接收，转变成 电信号。另一类是用一线阵光敏元件，如线阵CCD，线阵CM0S，线阵光敏二极管PDA 等同时接收被色散元件色散的光谱信号，转变成电信号。这是近年来得到迅速发展 的光纤光谱仪的基本原理。在第一类方法中，如果用很窄的入射狭缝和出射狭缝结合较大的色散角，可以 实现高的光谱分辨率，但该类方法测量时间较长，光路复杂，不适合动态光谱或瞬 态光谱的测量。而且为得到高的光谱分辨率，必须采用很窄的入射狭缝和出射狭缝， 光能的利用率很低，不得不用光电倍增管、雪崩二极管等高灵敏度的光电探测元件 进行测量。在第二类方法中，光谱测量的分辨率主要取决于光栅的线对数，要测量的光谱 范围，入射狭缝的宽度和CCD或其它光敏阵列元件的象素的尺寸和数目。在这类方 法中，光谱测量装置可以实现动态光谱或瞬态光谱的测量。但受CCD或其它光敏阵列元件制作工艺的限制，这类方法的光谱分辨率低于第一类方法，不能满足某些即 需要高分辨率光谱测量，又要求测量时间很短的动态光谱或瞬态光谱测量的场合。为克服这些矛盾，其它一些光谱测量方法被提出，如利用阶梯光栅，获得衍射 光谱的不同级光谱，对这些不同级的光谱进行测量，可以获得很嵩分辨率的光谱。 在德国专利DE 19620541 Al中提出了一种用阶梯光栅和光纤实现高分辨率光谱测量 的方法，在该专利中，申请人用阶梯光栅获得不同衍射级的色散光谱，然后将不同 衍射级色散的光谱用光纤引出，再进行色散，获得高分辨率的光谱。但这种高分辨 率光谱测量装置的结构比较复杂。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本技术所要解决的技术问题是提供一种 能在获得高分辨率的同时，大幅度提高灵敏度的；能测量动态光谱或瞬态光谱的， 且光路比较简单的高分辨率光谱测量装置。为了解决上述技术问题，本技术所提供的一种高分辨率光谱测量装置，其 特征在于，由光入射端起依次包括入射透镜、至少一套色散传播部分、狭缝、终端 色散元件、面阵光敏元件，所述每套色散传播部分由光输入端起依次包括(第一) 色散元件、柱透镜、由固定件固定的按直线排列的至少二根光纤束；入射光经入射透镜后形成平行光照射到色散传播部分的(第一)色散元件上进 行分段，经(第一)色散元件色散后的入射光(谱)经柱透镜聚焦后(分段)进入 至少二根光纤束，光经光纤束传播后到达光纤出射端，再传播到后一个色散传播部 分的色散元件上进行再分段，或者经过狭缝到达终端色散元件，经终端色散元件色 散的各个波段的光谱信号照射到面阵光敏元件上，由面阵光敏元件转换成电信号， 完成光谱的测量。进一步的，所述终端色散元件、色散传播部分的色散元件包括棱镜或反射光栅。进一步的，所述反射光栅包括凹面反射光栅、需要在光路中增加凹面反射镜和/ 或汇聚透镜的平面光栅。进一步的，所述面阵光敏元件包括面阵CCD、 CM0S、或面阵PDA等光敏元件。 进一步的，所述色散传播部分的光纤出射端各光纤间应当保持(一定的)间隔， 进一步的，所述色散传播部分的光纤束的入射端为"之"字形光纤排列方式。 进一步的，所述色散传播部分的不同子波段的光纤的出射端安装角按光栅对不 同波长光的色散角进行安装。进一步的，所述狭缝也对应每根光纤分成不同部分进行安装。 利用本技术提供的高分辨率光谱测量装置，由于采用将入射光色散后进行 分段传播、并分别在不同的光敏元件上转换成电信号的光谱测量方式，使光谱测量 既提高了分辨率，又提高了灵敏度；由于采用面阵CCD、 CM0S、或面阵PDA等光敏 元件，每个光谱子波段可以由面阵光敏元件上的若干行象素同时探测，将其输出信 号叠加，可以获得高的灵敏度由于将原光谱分解成若干个子光谱波段，每个光谱 子波段的波长范围减小，这就可能采用较宽的入射狭缝，在获得高分辨率的同时， 大幅度提高灵敏度。附图说明图1是本技术实施例的用二个色散元件、多根光纤和一个面阵CCD构成的高分辨率光谱测量装置的结构示意图2是本技术实施例的光纤出射端布置方式示意图3是本技术实施例的光纤入射端排列布置方式示意图4是本技术实施例的光纤出射端安装角布置方式示意图5是本技术实施例的五个色散元件、多根光纤和二个面阵CCD构成的高分辨率光谱测量装置的结构示意图。具体实施方式以下结合附图说明对本技术的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不 用于限制本技术，凡是采用本技术的相似结构及养相似变化，均应列入本 技术的保护范围。本技术实施例所提供的一种高分辨率光谱测量装置，包括了由2个或多个 色散元件，光纤束，CCD面阵、CMOS面阵或其它面阵光敏元件等组成的光色散及 光谱测量系统。当入射光经过入射狭缝，照射到第一个色散元件后色散成为一连续或离散的光 谱，用若干根光导纤维接收该光谱，则将该光谱分解成了若干个子光波段，每根光 纤传播l个子波段的光。将这若干个子光波段的光在照射到第2个色散元件，再度 色散，形成更精细的由若干个子波段光谱组成的2维光谱信号，该2维光谱信号由 面阵CCD或其它面阵光敏元件同时接收，就可以得到高分辨率的光谱测量。如对于从紫外到近红外光波段200—1100nm的光谱，在入射狭缝足够窄的情况 下，采用4096个象素的CCD,目前采用线阵CCD或其它面阵光敏元件的光谱仪可 以得到的最高分辨率大约是0.4nm。如果需要更高的分辨率，就需要更多象素的线 阵CCD。在本技术中，如果将该200— 1100nm波长范围内的光谱用第一个色散元件 色散成IO个光谱子波段，用IO根光纤来分别接收这IO个光谱子波段的光信号，然 后用第二个色散元件将这10根光纤出来的光信号进一步色散，形成10个子波段的 光谱，再将这10个子波段的光谱照射到一面阵CCD或其它面阵光敏元件上。假设 该面阵CCD的象素是4096 X 3100， 10个子波段的光谱宽度为(1100—200)/10=90nm， 则可能获得的最高光谱分辨率可达0.03nm。要进一步提高分辨率，可以用更多根光 纤，将第一个色散元件色散的光谱分解成更多个光谱子波段。如用20根光纤，则光谱分辨率可以达到0.015nm。如图1所示，本技术实施例所提供的一种高分辨率光谱测量装置，包括入 射透镜l，第一色散元件棱镜2，柱透镜3，按直线排列的光纤束4，光纤束固定件 5，狭缝6，第二色散元件凹面光栅7，面阵CCD 8。入射光经透镜1-后形成平行光照射到第一色散元件棱镜2上，经棱镜2色散后 的入射光谱经柱透镜3聚焦后进入光纤束4，光经光纤束4传播后到达光纤固定件5 出射，经过狭缝6到达第二色散元件凹面反射光栅7,经凹面反射光栅色散的多个 波段的光谱信号照射到面阵CC本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高分辨率光谱测量装置，其特征在于，由光入射端起依次包括入射透镜、至少一套色散传播部分、狭缝、终端色散元件、面阵光敏元件，所述每套色散传播部分由光输入端起依次包括色散元件、柱透镜、由固定件固定的至少二根光纤束； 入射光经入射透镜后形成平行光照射到色散传播部分的第一色散元件上，经第一色散元件色散后的入射光经柱透镜聚焦后分段进入至少二根光纤束，再传播到后一套色散传播部分的色散元件上，或者经过狭缝到达终端色散元件，经终端色散元件色散的各个波段的光谱信号照射到面阵光敏元件上，由面阵光敏元件转换成电信号，完成光谱的测量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡小舒，
申请(专利权)人：蔡小舒，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]
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