一种双谱段闪电摄谱仪制造技术

本发明专利技术涉及双谱段闪电摄谱仪，包括：预分光单元、两个干涉单元以及两个成像单元，入射光被预分光单元分为两束光，所述预分光单元由分束器与两片不同波段的滤光片组成；每个干涉单元由干涉分束器与两个阶梯光栅组成；所述两束光经阶梯光栅衍射后返回分束器，经汇合和干涉后进入成像单元。有益效果：突破了传统空间外差干涉仪的谱段限制，可以得到两段有效光谱；并具备无运动器件，工艺要求低，结构紧凑，故障率低，维护成本低的特点。维护成本低的特点。维护成本低的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种双谱段闪电摄谱仪


[0001]本专利技术涉及气象监测与光学光谱领域，尤其涉及一种双谱段闪电摄谱仪。

技术介绍

[0002]近些年来，在利用光学手段研究闪电的技术中，可以通过获得闪电的光谱图像，来研究闪电的形态、以及发生发展的全过程，同时也可以通过光谱特征的计算获取通道温度、通道的电子密度、闪电放电通道的电导率、通道电流等信息，从而有助于我们更好地认识闪电的物理特征和机理。氮(N)、氧(O)等原子的光谱基本组成了闪电光谱，在波段中所存在的原子发光谱段有NⅡ、OⅡ、NⅠ、H、ArⅠ及少量的CaⅠ、CⅠ，分子光谱主要有N2(2P)、OH、NH、CN等。上述可参考侯建勤在1965年的文章。Hersche(1868)首次识别出雷电放电的氮谱线是可见光波段最亮的谱线，并且谱线的相对强度随着光谱类型的不同而变化。岑建勇等(2014)首次记录球形闪电光谱，并发现其中的土壤元素。近年来，越来越多的学者正在研究闪电光谱，对闪电进一步的认识。
[0003]窄带宽、高分辨率、体积小的空间外差干涉仪是一种新型干涉型光谱仪。相对于Michelson干涉型红外傅里叶变换光谱仪而言，无需动镜，结构简单，机械结构少。由空间外差干涉仪一次曝光得到的干涉图通过傅里叶变换可以得到光谱。
[0004]但受限于CCD采样率和输入光谱的约束，其光谱范围较窄(～100nm)。因此可以拓宽谱段来提高空间外差干涉仪的性能。目前拓宽空间外差干涉仪的方式有两种：第一种是宽带空间异动光谱仪。第二种以中阶梯光栅代替传统的闪耀光栅，利用中阶梯光栅的多级衍射实现多级次差分干涉，进而获得系统的谱段展宽。前者原理与传统空间外差干涉仪相同，但存在运动部件，进度要求高；后者原理上与传统空间外差干涉仪有很大不同，多级衍射可能带来影响。
[0005]综上，如何通过拓宽空间外差干涉仪谱段来对闪电精细光谱实施有效探测是极具挑战的一个研究方向。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种双谱段闪电摄谱仪，具体由以下技术方案实现：
[0007]所述双谱段闪电摄谱仪，包括：预分光单元、两个干涉单元以及两个成像单元，入射光被预分光单元分为两束光，所述预分光单元由分束器与两片不同波段的滤光片组成；每个干涉单元由干涉分束器与两个阶梯光栅组成；所述两束光经阶梯光栅衍射后返回分束器，经汇合和干涉后进入成像单元。
[0008]所述双谱段闪电摄谱仪的进一步设计在于，每个成像单元由透镜组和成像CCD组成，入射光束经所述透镜组照射至成像CCD上。
[0009]所述双谱段闪电摄谱仪的进一步设计在于，所述透镜组由两平行设置的透镜组成。
[0010]所述双谱段闪电摄谱仪的进一步设计在于，所述分束器相对于入射光呈45
°
角设置。
[0011]所述双谱段闪电摄谱仪的进一步设计在于，所述两片滤光片相对于分束器对称设置。
[0012]所述双谱段闪电摄谱仪的进一步设计在于，干涉分束器相对于经预分光单元透过的光路光轴呈45
°
角设置。
[0013]所述双谱段闪电摄谱仪的进一步设计在于，所述两个阶梯光栅以干涉分束器为对称轴对称设置。
[0014]本技术的优点如下：
[0015]1)同时获得闪电发生发展过程中的两段光谱：将入射光分向两套独立干涉单元，突破了传统空间外差干涉仪的谱段限制，可以得到两段有效光谱。
[0016]2)拓宽闪电光谱的谱段摄取范围：本专利技术在原空间外差干涉仪所获光谱的基础上，通过对光栅结构的改变，能够同时获得两段光谱，实现对空间外差干涉仪的谱段展宽。
[0017]3)单一谱段内精细光谱的获取：本专利技术基于空间外差干涉仪的原理，并配以高像素CCD面阵探测器，从而具有极高的光谱分辨率(～0.05nm)，可以得到精细光谱。
[0018]4)结构简单：无运动器件，工艺要求低，结构紧凑，故障率低，维护成本低。
附图说明
[0019]图1为本技术的双谱段闪电摄谱仪的光学结构图。
[0020]图2为本技术的双谱段闪电摄谱仪在入射光为Littrow波数时的光路图；
[0021]图3为本技术的双谱段闪电摄谱仪在入射光为非Littrow波束时右侧光路图；
[0022]图4为入射波矢经阶梯光栅衍射后的波矢分布图。
[0023]其中，1为分束器1，2为滤光片1，3为滤光片2，4为透镜L3，5为阶梯光栅G3，6为分束器3，7为阶梯光栅G4，8为阶梯光栅G1，9为分束器2，10为阶梯光栅G2，11为透镜L1，12为透镜L2，13为成像CCD1，14为成像CCD2，15为透镜L4。
[0024]图2和图3中的箭头为光路方向，Ⅰ为预分光单元，Ⅱ为下干涉单元，Ⅲ为右干涉单元，Ⅳ为右成像单元，
Ⅴ
为下成像单元。
具体实施方式
[0025]结合附图对本专利技术的双谱段闪电摄谱仪进一步详细说明。
[0026]如图1，本实施例的双谱段闪电摄谱仪由预分光单元、干涉单元、成像单元三个部分组成。
[0027]其中，预分光单元由相对于入射光45
°
分束器1和两片不同波段的滤光片1和2组成。滤光片1和2的设计波段分别与两干涉单元所有实现的拍摄目标相对应。滤光片1和2的角度分别与经分束器透过和反射的光路光轴垂直。其中，入射光将被预分光单元分为两束相互垂直但波段不同的光。
[0028]本实施例的干涉单元分为两套，分别为：右干涉单元与下干涉单元，对应预分光单元分出的两束光，其中右干涉单元由分束器2、阶梯光栅G18、G210组成，分束器2相对于经预分光单元透过的光路光轴呈45
°
角，阶梯光栅G18、G210的中心相对于分束器对称，阶梯光栅
G18与水平夹角和阶梯光栅G210与垂直夹角均为θ1，θ1与该干涉单元的Littrow波数相对。分束器2将光束处理为两束相互垂直且强度相同的相干光，两束光经阶梯光栅G18、G210衍射后返回分束器2，经汇合和干涉后进入右成像单元。
[0029]本实施例的下干涉单元由分束器3、阶梯光栅G35、G47组成，分束器3相对于经预分光单元反射的光路光轴呈45
°
角，栅G35、G47的中心相对于分束器对称，阶梯光栅G35与垂直夹角和阶梯光栅G47与水平夹角均为θ2，θ2与该干涉单元的Littrow波数相对。分束器3将光束处理为两束相互垂直且强度相同的相干光，两束光经阶梯光栅G35、G47衍射后返回分束器3，经汇合和干涉后进入下成像单元。
[0030]本实施例的成像单元分为两套，分别为：对应于右干涉单元、下干涉单元的右成像单元与下成像单元。其中右成像单元由透镜L111、L212和成像CCD113组成。透镜L111、L212的光轴与右干涉单元的输出光轴一致，CCD113与光轴垂直。光束经透镜L111、L212折射于CCD113上成像，得到干涉条纹图像。
[0031]本实施例的下成像单元由透本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双谱段闪电摄谱仪，其特征在于包括：预分光单元、两个干涉单元以及两个成像单元，入射光被预分光单元分为两束光，所述预分光单元由分束器与两片不同波段的滤光片组成；每个干涉单元由分束器与两个阶梯光栅组成；所述两束光经阶梯光栅衍射后返回分束器，经汇合和干涉后进入成像单元。2.根据权利要求1所述的双谱段闪电摄谱仪，其特征在于每个成像单元由透镜组和成像CCD组成，入射光束经所述透镜组照射至成像CCD上。3.根据权利要求2所述的双谱段闪电摄谱仪，其特征在于所述透镜组由两...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄上章，王雪娟，王婧彧，朱迪，周恒韬，郜海阳，张其林，杨璟，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：