本实用新型专利技术提供了一种提高光谱探测范围的分光装置，所述分光装置包括：第一分光单元，所述第一分光单元用于测量光的分光，所述测量光的波长大于等于λ1且小于等于λ2；第二分光单元，所述第二分光单元包括用于测量光经过所述第一分光单元分光前或/和后的光的分光且分光能力不同的色散部件Mi，i＝1，2，…N，N≥2；所述第一分光单元和第二分光单元的色散方向相互垂直；探测单元，所述探测单元用于将接收到的所述测量光经过所述第一分光单元或所述色散部件Mi后的光信号分别转换为电信号Ii，i＝1，2，…N，N≥2，并传送到处理电路；处理电路，所述处理电路用于组合接收到的所述电信号Ii，i＝1，2，…N，N≥2，从而得出所述测量光在大于等于λ1且小于等于λ2上的光强分布。本实用新型专利技术具有稳定性好、装调容易、可维护性好、成本低的等优点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及复色光的分光，特别涉及能明显提高光谱探测范围的分光装置。
技术介绍
光谱仪是一种对采集到的光谱进行连续分布并进行检测的装置。目前，常见的光谱仪结构有Czerny-Turner结构、Paschen-Runge结构、平场凹面光栅分光系统、中阶梯光栅二维分光系统等。中阶梯光栅二维分光系统具有体积小，分辨率高等优点，因此在需要高分辨的场合得到较多应用。图1示意性地给出了常规中阶梯光栅二维分光系统的基本结构图，如图1所示，所述分光系统包括光源1、集光镜2、入缝3、准直镜4、棱镜5、中阶梯光栅6、成像镜7、探测器8。该分光系统工作过程为:从光源I处发出的光信号经过集光镜2后采集到分光装置中，分光装置包括入缝3、准直镜4、棱镜5、中阶梯光栅6、成像镜7 ;光信号从入缝3处进入分光装置，光信号以一定的角度发散，经过准直镜4后光信号被准直成平行光入射到由棱镜和光栅组成的二维色散结构，棱镜的色散在垂直方向，光栅的色散在水平方向。经过棱镜和光栅二维色散后的光信号根据波长的不同其衍射角不同，经过成像镜之后，不同衍射角的光信号被成像在成像镜像面上的不同位置，从而实现了分光。中阶梯光栅具有独特的衍射特性:大闪耀角衍射，高衍射级次，小于100的刻线数，根据光栅衍射方程πιλ = d (sin a+sin β ),中阶梯光栅的使用时通常采用Littrow方式入射，即入射角等于光栅的闪耀角，由此计算出所有波长的级次、衍射角，从结果中发现不同波长的衍射角是相同的，如衍射角等于闪耀角的波长，因此中阶梯光栅存在很严重的级次间重叠，需要一个垂直于光栅色散方向的二次色散来解决级次间重叠问题。现有的解决方案是采用一个棱镜来消除级次间的重叠，不同波长的光入射到棱镜后其偏折角是不一样的，偏折角的大小与棱镜的折射率、棱镜的夹角等相关，由于棱镜材料折射率从深紫外到可见光到近红外有着逐渐下降的趋势。图2示意性地给出了 MgF2材料折射率和入射光的波长的关系，如图2所示，随着波长的增加，折射率下降逐渐趋缓。由此可见，不同波长经过棱镜后，相同波长差的两束紫外光的偏折角差值大，可见光和近红外光的偏折角差值小。图3示意性地给出了结合棱镜分光和中阶梯光栅二维分光得到的谱图，如图3所示，短波区域的不同级次的谱线间隔大，而长波区域的不同级次的谱线间隔小，产生了比较严重的级次间重叠问题。短波区域级次间隔很大，尤其是ISOnm以下的深紫外区域，造成了谱图的浪费，使得整张谱图拉伸，需要用较大的矩形探测器才能获取整张谱图，从而大大增加了探测器成本。该类分析技术主要有以下不足:1、棱镜折射率随着波长变化到深紫外(< 180nm)，折射率迅速增大，导致在分光时深紫外130nm 160nm占据大部分谱图，如图3所示；受制于探测器尺寸限制，目前的中阶梯光栅二维分光系统在短波区域只能探测到160nm左右。对于卤族元素Cl、Br、I元素，以及部分非金属元素P、S等元素其最佳检测谱线在130 160nm，无法探测。2、在像面上光谱在级次方向上呈现出可见光波段特别密集，紫外光谱波段比较稀疏的特点，在可见光波段不同级次之间的谱线容易互相影响，形成级次重叠，尤其500nm以上的长波波段。3、如图3所示，随着波长从短波到长波，光谱谱图在探测器上分布严重不均匀，造成探测器的空间利用率较低。4、通常如需采集深紫外波段光谱，需要两次曝光，增加了运动部件，增加了测量时间。
技术实现思路
为了解决上述现有技术方案中的不足，本技术提供一种能够扩展光谱探测范围至深紫外而又不增加探测器尺寸，并且能够改善可见光波段光谱级次重叠问题的分光装置，以及应用该分光装置的光谱分析系统。本技术的目的是通过以下技术方案实现的:一种提高光谱探测范围的分光装置，所述分光装置包括:第一分光单兀,所述第一分光单兀用于测量光的分光，所述测量光的波长大于等于A1且小于等于λ2;第二分光单元，所述第二分光单元包括用于测量光经过所述第一分光单元分光前或/和后的光的分光且分光能力`不同的色散部件Mi, i = 1,2,…N，N ^ 2 ;所述第一分光单元和第二分光单元的色散方向相互垂直；探测单元，所述探测单元用于将接收到的所述测量光经过所述第一分光单元或所述色散部件Mi后的光信号分别转换为电信号Ii, i = 1，2，…N，N彡2，并传送到处理电路；处理电路，所述处理电路用于组合接收到的所述电信号Ii, i = 1,2,…N，N彡2，从而得出所述测量光在大于等于A1且小于等于λ 2上的光强分布。根据上述的分光装置，所述色散部件Mi同时设置在光路中，i = 1，2，…N，N彡2。根据上述的分光装置，所述处理电路用于组合经过强分光能力的色散部件后的光信号转换的电信号中的长波长部分和经过弱分光能力的色散部件后的光信号转换的电信号中的短波长部分。根据上述的分光装置，同方向的测量光中波长λ i的光经过第一色散部件M1后的偏折角为Q1，所述同方向的测量光中波长λ2的光经过第二色散部件仏后的偏折角为θ2，Θ I = Θ 2。根据上述的分光装置，所述处理电路用于组合所述探测单元传送来的经过所述第一色散部件M1后的光信号转换的第一电信号I1中大于等于X1且小于等于λ 3的部分和经过所述第二色散部件仏后的光信号转换的第二电信号I2中大于等于λ 3且小于等于入2的部分，入3大于等于X1且小于等于入2。根据上述的分光装置，所述第二分光单元还包括移动模块，所述移动模块用于使所述色散部件Mi交替地设置在光路中，i = 1,2,…N，N彡2。根据上述的分光装置，作为优选，所述色散部件Mi是棱镜，i = 1,2,…N，N彡2。根据上述的分光装置，作为优选，所述色散部件Mi采用透射真空紫外波段光的材料。本技术的目的还通过以下技术方案得以实现:一种光谱分析系统，包括光源、采光装置、分光装置及分析单元，所述分光装置采用上述的分光装置。根据上述的分析系统，所述光源为电感耦合等离子体、火花直读光源、火焰、辉光放电、微波等离子体、紫外灯。与现有技术相比，本技术具有的有益效果为:1、能够在不增加探测器面积情况下，实现深紫外波段的探测有利于系统的成本控制；2、通过棱镜的设计使得130 1050nm之间全波段在探测器采集，并且级次分布比原系统要更均匀，消除了可见光波段的级次间重叠干扰；3、一次曝光即可实现全波段覆盖，无需多次曝光，节省测量时间；4、130 1050nm全谱数据采集，没有谱线丢失。附图说明参照附图，本技术的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是:这些附图仅 仅用于举例说明本技术的技术方案，而并非意在对本技术的保护范围构成限制。图中:图1是现有技术中阶梯光栅二维分光系统的基本结构图；图2是MgF2材料折射率与波长关系示意图；图3是根据图1的分光系统得到的谱图示意图；图4是根据实施例1的光谱分析系统的基本结构图；图5是根据实施例1的棱镜分光的示意图；图6是根据实施例2的光谱分析系统的基本结构图；图7是根据本技术得到的组合后的光谱示意图。具体实施方式图4-7和以下说明描述了本技术的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本技术。为了教导本技术技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高光谱探测范围的分光装置，所述分光装置包括：第一分光单元，所述第一分光单元用于测量光的分光，所述测量光的波长大于等于λ1且小于等于λ2；第二分光单元，所述第二分光单元包括用于测量光经过所述第一分光单元分光前或/和后的光的分光且分光能力不同的色散部件Mi，i＝1，2，…N，N≥2；所述第一分光单元和第二分光单元的色散方向相互垂直；探测单元，所述探测单元用于将接收到的所述测量光经过所述第一分光单元或所述色散部件Mi后的光信号分别转换为电信号Ii，i＝1，2，…N，N≥2，并传送到处理电路；处理电路，所述处理电路用于组合接收到的所述电信号Ii，i＝1，2，…N，N≥2，从而得出所述测量光在大于等于λ1且小于等于λ2上的光强分布。
【技术特征摘要】
1.一种提高光谱探测范围的分光装置，所述分光装置包括: 第一分光单元，所述第一分光单元用于测量光的分光，所述测量光的波长大于等于λ i且小于等于λ2; 第二分光单元，所述第二分光单元包括用于测量光经过所述第一分光单元分光前或/和后的光的分光且分光能力不同的色散部件Mi, i = 1,2,…N，N ^ 2 ;所述第一分光单元和第二分光单兀的色散方向相互垂直； 探测单元，所述探测单元用于将接收到的所述测量光经过所述第一分光单元或所述色散部件Mi后的光信号分别转换为电信号Ii, i = 1,2,…N，N彡2，并传送到处理电路； 处理电路，所述处理电路用于组合接收到的所述电信号Ii, i = 1,2,…N，N彡2，从而得出所述测量光在大于等于A1且小于等于λ 2上的光强分布。2.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于:所述色散部件Mi同时设置在光路中，i = l,2,…N，N 彡 2。3.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于:所述处理电路用于组合经过强分光能力的色散部件后的光信号转换的电信号中的长波长部分和经过弱分光能力的色散部件后的光信号转换的电信号中的短波长部分。4.根据权利要求1所`述的分光装置，其特征在于:同方向的测量光中波长X1的光...
【专利技术属性】
技术研发人员：俞晓峰，顾海涛，吕全超，李萍，王健，
申请(专利权)人：聚光科技杭州股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：
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