[发明专利]光谱计装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱计装置，它具有一个光谱计，用于在一个探测 器上产生来自辐射源的辐射的光谱，它包含有

(a)一个成像的，光学的利特罗装置，用于使进入光谱计装置里 的辐射成像在一个图像平面里，

(b)有第一分散装置，用于对进入光谱计装置里的辐射的第一波 长范围进行光谱分解，

(c)还有第二分散装置，用于对进入光谱计装置里的辐射的第二 波长范围进行光谱分解，

(d)以及有一个共同的布置在成像光学机构的图像平面里的探测 器。

光谱计用于对辐射进行光谱分解。其中在利特罗装置里应用了一个 成像的光学机构的光谱计装置的一个例子表示在公开出版物“光学测量 仪技术手册”中，VEB卡尔-蔡司-耶那，耶那，1963年4月，书号32-038-1， 在“反射镜单色仪SPM2”章节中(“Technisches Handbuch für optische VEB Carl Zeiss Jena，Jena，April 1963，Durckschriftennummer 32-038-1 im Kapitel“Spiegelmonochromator SPM2”gezeigt)。在进入间 隙之后布置了一个偏转棱镜。偏转棱镜将辐射引导到一个抛物线反射镜 上。这里使发散的辐射平行化。平行的光束在反射镜上从进入间隙平面 里出来，反射在一个棱镜装置上，并在这里分散。一个反射镜将分散的 辐射自己反射回去并重新通过棱镜。从这里通过抛物线反射镜使辐射引 出并聚焦。装置这样来调整，使得分散的辐射略有偏移地射到抛物线反 射镜上。它因此在偏转棱镜上在射出间隙方向上发生偏转。

波长光谱及其变化尤其在分析任务中是一种经常的基础。具有高的 光谱分辨率的光谱用中阶梯光谱计来达到。

在中阶梯光谱计中应用一个具有一种阶梯状横断面的栅格。通过一 个具有相应照耀角的阶梯状结构产生一种衍射图案，该衍射图案使衍射 强度集中于高的阶次，例如第50至第100阶次。因此在紧凑布置时可 以达到高的光谱分辨率。这些阶次可以根据射入的波长而相互重叠。这 些阶次因而再次横向垂直于分散平面被分散，以便使各种不同的出现的 阶次分开。人们就得到一种二维的光谱，它可以用表面探测器来检测。

一种这样的具有内部的阶次分离的中阶梯光谱计与具有外部的阶 次分离的中阶梯光谱计的区别在于：后者只是使辐射从一个小的光谱范 围里进入光谱计里。对于具有内部的阶次分离的中阶梯光谱计来说，在 探测器上产生一种二维结构形式的光谱。这种结构由基本平行布置的光 谱段，其大小为一个自由光谱范围。具有许多探测器元件的表面探测器 允许对一个大的波长范围进行具有高分辨率的同步检测。

横向分散通常选择如此之大，以至于阶次到处都完全分开了。为了 在整个光谱范围上保证它，有一些光谱范围，在这些光谱范围里在各个 阶次之间产生一个没有利用的中间空间。因此在应用一个棱镜，用于在 短波的光谱范围里实现横向分散时，由于较高的折射率而产生比在长波 的光谱范围里时更大的中间空间。

在所述的装置时，不利之处在于：如果要用高分辨率和足够的光电 导率来检测较大的光谱范围，那么探测器一般必须很大。此外，如果辐 射源以很不相同的光谱强度发射的话，那就有问题。因此在光谱学里重 要的光谱范围从193nm至852nm虽然被一些辐射器完全遮盖，然而在 超过350nm的范围里的强度往往比短波的光谱范围里在200时的强度要 高几个数量级。探测器通常没有足够的动态范围，因此只能用灵敏度的 损失来模拟检测光谱范围，或者必须相互分开地用不同的曝光时间来测 量。

已知有一种装置，其中利用了阶次之间的中间空间。光谱计设有一 个装置用于将进入光谱计的辐射进行预分散。辐射在一个棱镜上以很小 的角度进行预分散。此外选择一种入射间隙高度，它与短波的光谱范围 里的两个阶次之间的中间空间的最大宽度对应一致。通过入射间隙的适 合的照射，短波辐射可以完全射入光谱计里。长波辐射范围的辐射通过 预分散只是部分地射在入射间隙上。因而在阶次分离不是如此大的范围 里，一种较小的入射间隙高度变得有效。按此方式，对于一般强度变弱 的短波光谱范围来说，光电导率提高了。

通过这种装置虽然完全地充分利用了探测器表面，但探测器大小保 持相同。每个探测器元件的照射强度通过这装置实际上也并不改变。为 此在附带的光学元部件上出现总的损失。