光譜儀及光譜分析方法技術

本發明專利技術涉及一種光譜儀，包括光源、狹縫、準直單元、分光單元、成像單元和檢測單元，所述分光單元進一步包括：中階梯光柵，所述中階梯光柵的刻線數為90-160條/毫米，經準直單元準直的測量光被所述中階梯光柵在波長方向分光；棱鏡，所述棱鏡的角度為12-20°，經中階梯光柵分光后的測量光被所述棱鏡在級次方向分光。本發明專利技術還提供一種光譜分析方法。本發明專利技術具有穩定可靠、體積小、無級次干擾、分辨率高、寬波段全譜采集等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光譜分析領域，特別涉及一種寬波段全譜采集、無級次干擾的高分辨率。
技術介紹
在ICP_0ES、LIBS等光譜分析領域對光譜儀的分辨能力要求較高，往往需要達到10pm級別，傳統的光譜儀多為Czerny-Turner型單道掃描式的單色儀或中階梯光柵、羅蘭圓結構的光譜儀。但是傳統的單色儀和羅蘭圓結構的光譜儀單純利用光柵進行分光，要實現較高的光譜分辨能力，必須采用大的焦距(如750mm或者1000mm)的光學系統，這樣不可避免的使光譜儀體積變得很龐大;若采用中階梯光柵二維分光光譜儀，光學分辨率較高，結構緊湊，但是在級次方面存在級次干擾，特別是長波段級次干擾嚴重。為解決級次干擾的問題，利曼公司采用自由曲面的棱鏡，但自由曲面的棱鏡加工困難，一致性難以保證;安道爾公司采用多個棱鏡，同時需要配合棱鏡材料折射率和阿貝數使得級次均勻，對材料的要求非?？量?，價格昂貴且加工困難。此外，在現有的光譜儀中，一次曝光僅能采集紫外波段或長波段的光譜。為了實現寬波段全譜采集，在光學系統中增加運動機構進行長、短波切換，先采集紫外波段，再采集長波段，由此卻降低了光學系統的穩定性與分析速度。
技術實現思路
為了解決上述現有技術方案中的不足，本專利技術提供了一種穩定可靠、體積小、無級次干擾、分辨率高、一次曝光即可寬波段全譜采集的光譜儀。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的:—種光譜儀，包括光源、狹縫、準直單元、分光單元、成像單元和檢測單元，所述分光單元進一步包括:中階梯光柵，所述中階梯光柵的刻線數為90-160條/毫米，經準直單元準直的測量光被所述中階梯光柵在波長方向分光；棱鏡，所述棱鏡的角度為12-20°，經中階梯光柵分光后的測量光被所述棱鏡在級次方向分光。根據上述的光譜儀，優選地，所述波長方向和級次方向相互垂直。根據上述的光譜儀，優選地，所述檢測單元為面陣檢測器，所述面陣檢測器采集165-850nm波長范圍內的光譜。根據上述的光譜儀，可選地，所述面陣檢測器的尺寸為20-30mm。根據上述的光譜儀，優選地，所述進一步包括:矯正單元，所述矯正單元設置在成像單元與檢測單元之間的測量光路上。根據上述的光譜儀，可選地，所述矯正單元為矯正透鏡。根據上述的光譜儀，可選地，所述矯正透鏡是單透鏡或雙膠合透鏡或自由曲面透鏡。根據上述的光譜儀，可選地，所述光譜儀進一步包括:光采集單元，所述光采集單元包括第一透鏡、多芯光纖和第二透鏡，光源發出的測量光經第一透鏡會聚、多芯光纖傳播和第二透鏡會聚后穿過狹縫。本專利技術還提供一種光譜分析方法，所述光譜分析方法包括以下步驟:(A1)提供上述任一所述的光譜儀；(A2)光源發出的測量光經準直單元準直、中階梯光柵在波長方向分光后，進一步被棱鏡在級次方向分光，經成像單元成像、矯正單元譜線矯正，最后由檢測單元進行全譜采集。根據上述的光譜儀，可選地，所述光譜分析方法進一步包括:(B1)光源發出的測量光經第一透鏡會聚、多芯光纖傳播和第二透鏡會聚后穿過狹縫，進一步被準直單元準直。與現有技術相比，本專利技術具有的有益效果為:1、本專利技術的光譜儀在波長方向采用中階梯光柵分光，在級次方向采用棱鏡分光，光譜儀體積小、分辨率高。2、本專利技術采用刻線數為90-160條/毫米的高刻線中階梯光柵，角度為12-20°的大角度棱鏡，通過光柵刻線數和棱鏡角度的相互配合，使得譜線間距變大，實現無級次干擾。3、本專利技術采用尺寸為20-30mm的大面陣檢測器而非一般12mm左右的面陣檢測器，一次曝光即可實現寬波段(165-850nm)全譜采集，譜線豐富，處理簡單，采集速度快，分析時間短。4、本專利技術無需任何運動部件，具有很強的抗震動能力，光譜儀的穩定性高?！靖綀D說明】參照附圖，本專利技術的公開內容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是:這些附圖僅僅用于舉例說明本專利技術的技術方案，而并非意在對本專利技術的保護范圍構成限制。圖中:圖1是本專利技術實施例1的光譜儀的結構示意圖。【具體實施方式】圖1和以下說明描述了本專利技術的可選實施方式以教導本領域技術人員如何實施和再現本專利技術。為了教導本專利技術技術方案，已簡化或省略了一些常規方面。本領域技術人員應該理解源自這些實施方式的變型或替換將在本專利技術的范圍內。本領域技術人員應該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本專利技術的多個變型。由此，本專利技術并不局限于下述可實施方式，而僅由權利要求和它們的等同物限定。實施例1圖1示意性地給出了本實施例的光譜儀的結構簡圖，如圖1所示，所述光譜儀包括:光源(圖中未示出)、狹縫1、準直單元2、分光單元3、成像單元4和檢測單元5;所述光源可以是ICP光源、激光器、元素燈或火焰等其中一種;所述分光單元3進一步包括:中階梯光柵31，所述中階梯光柵的刻線數為90-160條/毫米，經準直單元準直的測量光被所述中階梯光柵在波長方向分光；棱鏡32，所述棱鏡的角度為12-20°，經中階梯光柵分光后的測量光被所述棱鏡在級次方向分光；所述波長方向和級次方向相互垂直。所述準直單元和成像單元為本領域的現有技術，當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光譜儀，包括光源、狹縫、準直單元、分光單元、成像單元和檢測單元，其特征在于：所述分光單元進一步包括：中階梯光柵，所述中階梯光柵的刻線數為90?160條/毫米，經準直單元準直的測量光被所述中階梯光柵在波長方向分光；棱鏡，所述棱鏡的角度為12?20°，經中階梯光柵分光后的測量光被所述棱鏡在級次方向分光。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李銳，韓雙來，壽淼鈞，俞曉峰，喻正寧，呂全超，夏曉峰，
申請(專利權)人：杭州譜育科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33