小型中阶梯光栅光谱仪的装调方法技术

本发明专利技术涉及一种中阶梯光栅光谱仪的装调方法，该方法包括下述步骤：将第一入射针孔安装固定，使第一可见光激光器入射到第一入射针孔；调整准直镜的位置和角度使其工作在最佳状态；消除交叉色散棱镜的滚转误差和俯仰误差；调整聚焦镜的位置和角度，使其工作处于最佳状态；安装并调整中阶梯光栅完成其入射角度的初步装调；完成面阵探测器像面位置的调整与像面滚转误差的调整；完成中阶梯光栅、交叉色散棱镜入射角度的精确调整。本发明专利技术所需专业辅助设备少、操作简便、易于应用的精确装调方法，利于实现中阶梯光栅光谱仪的高分辨率、宽谱段范围、全谱瞬态直读的光谱分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光谱
，涉及ー种。
技术介绍
中阶梯光栅光谱仪采用中阶梯光栅作为主色散元件，经棱镜横向色散后，在像面上形成ニ维重叠光谱，该结构形式使中阶梯光栅光谱仪同时实现了高分辨率、宽波段的瞬态测量。目前，中阶梯光栅光谱仪已在石油、化工、冶金、生物医学等领域有着十分广泛的应用。一般的中阶梯光栅光谱仪波段范围为200nm-900nm，光谱分辨率可达20000，经精确标定后，中阶梯光栅光谱仪波长标定精度可达O. Olnm。精确装调是保证中阶梯光栅光谱仪高分辨率与波长准确性的重要环节之一，只有精确装调才能保证其结构參数与设计參数尽可 能的接近，使像面的成像质量达到最佳状态，实现像面的一致性与全波段的高分辨率。目前应用的一种中阶梯光栅光谱仪的光路结构，包括聚光镜、入射针孔、准直镜、中阶梯光栅、交叉色散棱镜、聚焦镜和面阵探测器；所述准直镜和聚焦镜均采用抛物镜 ’聚光镜将入射光束聚焦到入射针孔，从入射针孔出射的光束照射准直镜，准直镜反射的平行光直接入射到中阶梯光栅表面，中阶梯光栅衍射的光束经交叉色散棱镜表面反射后照到聚焦镜上，聚焦镜反射的汇聚光由面阵探测器接收。由于中阶梯光栅光谱仪经交叉色散后在面阵CXD上成像，像面较大，为了保证整个像面的成像质量以及像差的一致性，光学设计中采用离轴抛物镜作为系统的准直镜与成像镜。通过分析，得知在系统的成像质量中对两片离轴抛物镜引入的误差非常敏感。排除离轴抛物镜的加工误差后，其误差主要来源于位置误差、角度误差、俯仰误差，以及滚转误差，以上误差均属于安装误差。采用精确的装调方法，可以有效的减小各种误差，使成像质量尽可能的接近设计結果。目前，国内外对于高精度光学仪器的装调方法较多，但对于中阶梯光栅光谱仪的精确装调方法的讨论并不多见，同时由于中阶梯光栅光谱仪光学性质的特殊性，其装调方法需要针对其结构进行设计。大多数装调方法都需要配合使用多个专业的辅助装调设备，装调过程较为繁琐，判读环节较多，对装调者的经验依赖较大。同吋，由于中阶梯光栅光谱仪结构较小，并且考虑到紫外波段的应用，大多数中阶梯光栅光谱仪均采用封闭式结构设计，这使得辅助装调设备的使用受到了严重的限制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种所需专业辅助设备少、操作简便、易于应用，井利于实现中阶梯光栅光谱仪的高分辨率、宽谱段范围、全谱瞬态直读光谱分析的中阶梯光栅光谱仪的装调方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的中阶梯光栅光谱仪的装调方法包括下述步骤步骤ー将第一入射针孔安装固定，第一聚光镜放置于第一入射针孔前，第一入射针孔作为整个光学系统的坐标原点；然后将第一可见光激光器作为光源，使第一可见光激光器出射的光束无俯仰、无倾斜地经过第一聚光镜后入射到第一入射针孔；步骤ニ在第一聚光镜与入射针孔之间放置第一半反半透板，在第一半反半透板反射光路上与第一入射针孔对称的位置放置第一显微镜；将准直镜放置在第一入射针孔的出射光路上，并调整准直镜的位置使第一入射针孔位于准直镜的焦点处；在中阶梯光栅位置先安装第一平面反射镜，使第一平面反射镜与准直镜出臂垂直，固定第一平面反射镜；调整准直镜的角度，当在第一显微镜视场中看到反射光从第一入射针孔射出吋，固定准直镜；步骤三 利用水平仪消除交叉色散棱镜的滚转误差；利用高度尺测试由第一平面反射镜反射并入射到交叉色散棱镜的光线高度，利用高度尺测试交叉色散棱镜折射后的出射光线，调整交叉色散棱镜，使出射光线与入射光线在同一水平面上；步骤四调整聚焦镜的位置，使像面位于聚焦镜的焦平面上，在像面中心安装第二入射针孔；然后将第二聚光镜、第二可见光激光器放置于第二入射针孔后，使第二可见光激光器出射的光束经过第二聚光镜后无俯仰、无倾斜地入射到第二入射针孔；在第二聚光镜与第二入射针孔之间放置第二半反半透板，在第二半反半透板反射光路上与第二入射针孔对称的位置放置第二显微镜；在交叉色散棱镜方向放置第二平面反射镜，使第二平面反射镜与聚焦镜的出臂垂直，固定第二平面反射镜；调整聚焦镜的角度，当在第二显微镜视场中看到反射光从第二入射针孔射出吋，固定聚焦镜；步骤五将第一半反半透板、第一显微镜、第一平面反射镜、第二入射针孔、第二半反半透板、第二显微镜、第二聚光镜、第二可见光激光器和第二平面反射镜移除光学系统；将中阶梯光栅安装至设计位置，调整中阶梯光栅使其光栅面与光学系统坐标原点所在的水平面垂直；根据光栅衍射角方向转动中阶梯光栅，直至找到最亮的光斑并使该光斑入射至交叉色散棱镜；步骤六将面阵探測器放置于像面位置，并完成面阵探测器像面位置的调整与像面滚转误差的调整；步骤七将第一可见光激光器移除光学系统，将萊灯放置在第一可见光激光器位置处作为光源，此时像面呈现各波长的ニ维光谱分布图像；根据谱图还原算法，建立各波长谱线与像面位置的对应关系，该对应关系作为中阶梯光栅光谱仪标定的谱图模型；将与各特征波长对应的滤光片依次放置在汞灯与第一聚光镜之间，在像面内识别出汞灯的各特征波长谱线；分别调整交叉色散棱镜的入射角度与中阶梯光栅的入射角度，使各特征波长谱线的成像位置与所建立的谱图模型一致；将汞灯移除光学系统，完成中阶梯光栅光谱仪的的装调。本专利技术的有益效果本专利技术为小型、封闭式中阶梯光栅光谱仪提供了ー种所需专业辅助设备少、操作简便、易于应用的精确装调方法，利于实现中阶梯光栅光谱仪的高分辨率、宽谱段范围、全谱瞬态直读的光谱分析。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进ー步详细说明。图I是中阶梯光栅光谱仪及其装调设备示意图。具体实施例方式如图I所示，本专利技术中阶梯光栅光谱仪的装调方法包括如下步骤步骤ー第一入射针孔的装调由于第一入射针孔4的位置将作为整个光学系统的坐标原点，所以光学系统的第·一入射针孔4安装完毕后应固定。首先使用第一可见光激光器I作为光学系统光源，可以利用本领域常规的方法调整第一可见光激光器I的位置和角度，以保证第一可见光激光器I出射的光束无俯仰、无倾斜地经过第一聚光镜15后入射到第一入射针孔4。步骤ニ 准直镜的装调根据离轴抛物镜光学特性可知，自焦点入射的光线经抛物面后准直为平行光。在本光学系统中，调整准直镜5角度，当第一入射针孔4恰处于准直镜5的焦点时，入射光线经抛物面后以平行光出射。为了实现该状态的调整，在第一聚光镜15与第一针孔4之间放置第一半反半透板2，在第一半反半透板2反射光路上与第一入射针孔4对称位置放置第一显微镜3进行观測。在中阶梯光栅7位置先安装第一平面反射镜6，使第一平面反射镜6法线与离轴抛物镜(准直镜5)的出臂重合，即保证第一平面反射镜6与离轴抛物镜(准直镜5)出臂垂直，固定第一平面反射镜。此时，调整离轴抛物镜(准直镜5)角度使光线能够原路返回。当在第一显微镜3视场中清晰看到反射光从第一入射针孔4的射出，即证明准直镜5已工作在最佳状态，固定准直镜5。步骤三棱镜的装调在调试过程中，利用水平仪消除交叉色散棱镜8的滚转误差；利用高度尺测试由第一平面反射镜6反射并入射到交叉色散棱镜8的光线高度，利用同样的方法测试经交叉色散棱镜8折射后的出射光线高度，调整交叉色散棱镜8使出射光线和入射光线与光学系统光轴在同一水平面上，即此时出射光线、入射光线与光学系统的坐标原点在同一水平面上，以此消除交叉色散棱镜8的俯仰误差。步骤四成像镜的装调根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中阶梯光栅光谱仪的装调方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一：将第一入射针孔（4）安装固定，第一聚光镜（15）放置于第一入射针孔（4）前，第一入射针孔（4）作为整个光学系统的坐标原点；然后将第一可见光激光器（1）作为光源，使第一可见光激光器（1）出射的光束无俯仰、无倾斜地经过第一聚光镜（15）后入射到第一入射针孔（4）；步骤二：在第一聚光镜（15）与入射针孔（4）之间放置第一半反半透板（2），在第一半反半透板（2）反射光路上与第一入射针孔（4）对称的位置放置第一显微镜（3）；将准直镜（5）放置在第一入射针孔（4）的出射光路上，并调整准直镜（5）的位置使第一入射针孔（4）位于准直镜（5）的焦点处；在中阶梯光栅（7）位置先安装第一平面反射镜（6），使第一平面反射镜（6）与准直镜（5）出臂垂直，固定第一平面反射镜（6）；调整准直镜（5）的角度，当在第一显微镜（3）视场中看到反射光从第一入射针孔（4）射出时，固定准直镜（5）；步骤三：利用水平仪消除交叉色散棱镜（8）的滚转误差；利用高度尺测试由第一平面反射镜（6）反射并入射到交叉色散棱镜（8）的光线高度，利用高度尺测试交叉色散棱镜（8）折射后的出射光线，调整交叉色散棱镜（8），使出射光线与入射光线在同一水平面上；步骤四：调整聚焦镜（10）的位置，使像面位于聚焦镜（10）的焦平面上，在像面中心安装第二入射针孔（11）；然后将第二聚光镜（16）、第二可见光激光器（14）放置于第二入射针孔（11）后，使第二可见光激光器（14）出射的光束经过第二聚光镜（16）后无俯仰、无倾斜地入射到第二入射针孔（11）；在第二聚光镜（16）与第二入射针孔（11）之间放置第二半反半透板（12），在第二半反半透板（12）反射光路上与第二入射针孔（11）对称的位置放置第二显微镜（13）；在交叉色散棱镜（8）方向放置第二平面反射镜（9），使第二 平面反射镜（9）与聚焦镜（10）的出臂垂直，固定第二平面反射镜（9）；调整聚焦镜（10）的角度，当在第二显微镜（13）视场中看到反射光从第二入射针孔（11）射出时，固定聚焦镜（10）；步骤五：将第一半反半透板（2）、第一显微镜（3）、第一平面反射镜（6）、第二入射针孔（11）、第二半反半透板（12）、第二显微镜（13）、第二聚光镜（16）、第二可见光激光器（14）和第二平面反射镜（9）移除光学系统；将中阶梯光栅（7）安装至设计位置，调整中阶梯光栅（7）使其光栅面与光学系统坐标原点所在的水平面垂直；根据光栅衍射角方向转动中阶梯光栅（7），直至找到最亮的光斑并使该光斑入射至交叉色散棱镜（8）；步骤六：将面阵探测器放置于像面位置，并完成面阵探测器像面位置的调整与像面滚转误差的调整；步骤七：将第一可见光激光器（1）移除光学系统，将汞灯放置在第一可见光激光器（1）位置处作为光源，此时像面呈现各波长的二维光谱分布图像；根据谱图还原算法，建立各波长谱线与像面位置的对应关系，该对应关系作为中阶梯光栅光谱仪标定的谱图模型；将与各特征波长对应的滤光片依次放置在汞灯与第一聚光镜（15）之间，在像面内识别出汞灯的各特征波长谱线；分别调整交叉色散棱镜（8）的入射角度与中阶梯光栅（7的入射角度，使各特征波长谱线的成像位置与所建立的谱图模型一致；将汞灯移除光学系统，完成中阶梯光栅光谱仪的的装调。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少杰，宁春丽，崔继承，巴音贺希格，齐向东，唐玉国，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：