一种窄线宽连续波长扫描光源制造技术

本实用新型专利技术提出了一种窄线宽连续波长扫描光源，装置包括：入射针孔、第一离轴抛物面镜、光栅面、光栅旋转轴、第二离轴抛物面镜、出射针孔、连接杆、小球、滑块，进入入射针孔的宽光谱光源，经第一离轴抛物面镜反射后准直，确定了推动光栅的滑块相对于零点步数N与输出波长λ之间的最简形式。同时，通过使用一对离轴抛物面镜进行准直和聚焦，相较于传统的球面反射镜，输出光谱线宽提升一个数量级以上(从2

【技术实现步骤摘要】
一种窄线宽连续波长扫描光源


[0001]本技术涉及光谱学，特别涉及一种窄线宽连续波长扫描光源。

技术介绍

[0002]在光学仪器的设计、调试、生产过程中，窄线宽、输出波长连续可调的光源至关重要。现有的汞灯、氩灯等光源虽然在200
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1100nm范围具有一系列窄线宽发射光谱，但其发射光谱相互独立，并不能够连续可调的输出指定波长；氘灯、钨灯发射光谱虽然连续，但并不满足单色窄线宽的要求。分光光度计基于氘灯、钨灯的分光，能够连续的输出200
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1100nm之间任意波长，但输出线宽一般大于1nm，并不能满足窄线宽(<0.1nm)的要求。

技术实现思路

[0003]本技术提出了一种窄线宽连续波长扫描光源，确定了滑块相对于零点步数N与输出波长λ之间的最简形式。同时，通过使用一对离轴抛物面镜进行准直和聚焦，相较于传统的球面反射镜，输出光谱线宽提升一个数量级以上(从2
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3nm提升至0.1nm以下)，能够实现200
‑
1100nm范围内线宽优于0.1nm的连续扫描波长输出。该技术特别适用于高分辨率光谱仪的校准。
[0004]本技术的技术方案为：一种窄线宽连续波长扫描光源，装置包括：入射针孔、第一离轴抛物面镜、光栅面、光栅旋转轴、第二离轴抛物面镜、出射针孔、连接杆、小球、滑块，进入入射针孔的宽光谱光源，经第一离轴抛物面镜反射后准直，准直光线与光栅面法线夹角为(α+θ)，经光栅面将波长λ衍射至与光栅面法线夹角为(α
‑
>θ)，经第二离轴抛物面镜反射聚焦于出射针孔，长度为R的连接杆连接光栅旋转轴与小球，滑块沿y轴移动的步长为δ，滑块相对于零点的步数为N，光栅常数为d，则λ与N之间有最简关系：|2*d*cos(α)*δ/R*N|＝λ。
[0005]y轴垂直于θ＝0对应的光栅面法线。
[0006]滑块零点对应θ＝0。
[0007]小球始终与滑块相切。
[0008]为达到简化结构的目的，小球替换为销。
[0009]为达到提升光通量的目的，入射针孔和出射针孔分别替换为狭缝。
[0010]为达到滤除杂散光的目的，在光栅面与第二离轴抛物面镜之间插入滤光片。
[0011]本技术的装置包括：入射针孔、第一离轴抛物面镜、光栅面、光栅旋转轴、滤光片、第二离轴抛物面镜、出射针孔。氘灯、钨灯等宽光谱光源聚焦于入射针孔，后经第一离轴抛物面镜反射后准直，再由光栅面在水平方向将不同波长衍射至不同角度，后特定波长的光经滤光片滤除其它波段后，由第二离轴抛物面镜聚焦至出射针孔。通过光栅面绕光栅旋转轴旋转不同角度，可在出射针孔处选择不同输出波长。其中，光栅面零点位置处，入射光栅的准直光线与光栅面法线夹角为α，光栅衍射后特定波长的光线与光栅面法线夹角为β。光栅面绕光栅旋转轴转动的零点选取α＝β。电机控制滑块使其沿y轴移动，y轴与光栅面法
线的零点位置垂直。
[0012]光栅面绕光栅旋转轴转动的装置包括：光栅面、光栅旋转轴、连接杆、小球、滑块，连接杆与光栅面法线平行，连接杆连接光栅旋转轴与小球，小球始终与滑块相切。滑块沿y轴移动的步长为δ，相对于零点的步数为N，则滑块在y轴位置为N*δ。连接杆与光栅面零点位置夹角为θ，光栅旋转轴与小球球心水平距离为R，滑块推动小球使得其沿光栅旋转轴为圆心、半径为R的圆在水平面滑动时，θ随之变化。则出射针孔处输出波长λ与滑块相对于零点步数N之间有最简关系，为公式(4)。
[0013]入射针孔和出射针孔可选取1
‑
500um直径。为达到提升光通量的目的，入射针孔和出射针孔可分别替换为狭缝。滤光片可由一片或多片滤光片构成，针对不同输出波段，滤光片垂直于准直光方向。通过选取10um直径的入射针孔和出射针孔，在200
‑
1100nm范围内，出射针孔处单波长聚焦光斑直径小于5um，输出波长分辨率高于0.05nm，远优于现有分光光度计的2nm。
[0014]本技术的有益效果在于：
[0015]1.提出了一种窄线宽连续波长扫描光源，通过正确选择电机滑块移动方向和光栅面转动零点，确定了滑块位置N*δ与输出波长λ之间的最简形式；
[0016]2.采用离轴抛物面镜替代球面反射镜，通过消除球差从而实现200
‑
1100nm波长范围内优于0.1nm的输出线宽；
附图说明
[0017]图1为本技术的实施方式的第一装置结构示意图；
[0018]图2为本技术的实施方式的第二装置结构示意图；
具体实施方式
[0019]下面结合附图与实施例对本技术作进一步说明。
[0020]本技术的实施方式，装置如图1所示：入射针孔1、第一离轴抛物面镜2、光栅面3、光栅旋转轴4、滤光片5、第二离轴抛物面镜6、出射针孔7。氘灯、钨灯等宽光谱光源聚焦于入射针孔1，后经第一离轴抛物面镜2反射后准直，再由光栅面3在水平方向将不同波长衍射至不同角度，后特定波长的光经滤光片5滤除其它波段后，由第二离轴抛物面镜6聚焦至出射针孔7。通过光栅面3绕光栅旋转轴4旋转不同角度，可在出射针孔7处选择不同输出波长。其中，光栅面3零点位置处，入射光栅的准直光线与光栅面3法线夹角为α，光栅衍射后特定波长的光线与光栅面3法线夹角为β，则根据光栅公式有以下关系：
[0021]|d*[sin(α)
‑
sin(β)]|＝λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0022]其中，d为光栅常数，λ为出射针孔7处输出波长。
[0023]当光栅相对于零点位置旋转角度θ时，公式(1)则变为：
[0024]|d*[sin(α+θ)
‑
sin(β
‑
θ)]|＝λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0025]在光栅面3绕光栅旋转轴4旋转的过程中，其他元件均固定，因而α和β均为定值。为获取光栅旋转角度θ与输出波长λ关系的最简形式，光栅面3绕光栅旋转轴4转动的零点选取α＝β，则公式(2)简化为：
[0026]|2*d*sin(θ)*cos(α)|＝λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0027]光栅面3绕光栅旋转轴4转动的装置如图2所示，装置包括：光栅面3、光栅旋转轴4、连接杆8、小球9、滑块10，连接杆8与光栅面3法线平行，连接杆8连接光栅旋转轴4与小球9，电机控制滑块10使其沿y轴移动，y轴与光栅面法线的零点位置垂直，小球9始终与滑块10相切。滑块10沿y轴移动的步长为δ，相对于零点的步数为N，则滑块在y轴位置为N*δ。连接杆8与光栅面3零点位置夹角为θ，光栅旋转轴4与小球9球心水平距离为R，滑块10推动小球9使得其沿光栅旋转轴4为圆心、半径为R的圆在水平面滑动时，θ随之变化。从而有以下关系：
[0028]|sin(θ)|＝N*δ/R<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窄线宽连续波长扫描光源，其特征在于，装置包括：入射针孔、第一离轴抛物面镜、光栅面、光栅旋转轴、第二离轴抛物面镜、出射针孔、连接杆、小球、滑块，进入入射针孔的宽光谱光源，经第一离轴抛物面镜反射后准直，准直光线与光栅面法线夹角为(α+θ)，经光栅面将波长λ衍射至与光栅面法线夹角为(α
‑
θ)，经第二离轴抛物面镜反射聚焦于出射针孔，长度为R的连接杆连接光栅旋转轴与小球，滑块沿y轴移动的步长为δ，滑块相对于零点的步数为N，光栅常数为d，则λ与N之间有最简关系：|2*d*cos(α)*δ/R*N|＝λ。2.根据权利要求1所述的一种窄线宽连续波长扫描光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾繁添，季彩霞，陈鑫，
申请(专利权)人：苏州简测科技有限公司，
类型：新型
国别省市：