[实用新型]一种光谱分析仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光谱分析仪，尤其涉及一种能够有效提高窄波段光谱分辨率的光谱分析仪。

背景技术

在光谱探测领域中，一般要求光谱采集时间尽可能短，一次采集的光谱范围要尽可能宽；整个探测系统要坚固紧凑，便于携带和户外使用；这些特性不能牺牲光谱分辨率和精度，还要尽可能减少校准和各种漂移补偿的工作量。

目前，常见的光谱仪的结构有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由于其具有体积小、分辨率高等优点，在需要高分辨率的场合得到较多应用。

中阶梯光栅二维分光系统，如图1所示，一般包括光源1、入射狭缝3、准直镜4、光栅6及棱镜5、成像镜7和探测器8。测量光通过一定的聚焦镜2引入入射狭缝后，经过准直镜4后获得的准直光束入射到色散方向互相垂直的光栅6和棱镜5上，实现入射光的二维色散，经过二维色散后的光入射到成像镜7上，经过成像镜7在探测器8的探测面上即像面上获得一个二维从长波到短波整个宽波段对应的谱图，即宽谱谱图。

上述中阶梯二维分光系统具有下列特点：在宽谱谱图中，谱线在像面上呈现二维分布，即从短波到长波(160～850nm)谱线分布表现出短波谱线分布较疏、长波谱线分布较密的特点。

基于上述特点，中阶梯光栅二维分光系统具有如下不足：

1、谱线分布不均匀

波长越长，对应的棱镜折射率越小，则在分光时短波部分的谱线就占据大部分谱图，而长波部分的谱线很密集且仅占据谱图的少部分，谱线分布不均匀；

2、窄波段尤其是长波方向光谱分辨率低

此类分光系统的光学分辨率，受限于中阶梯光栅的特性，波长越长，光学分辨率越大，分辨效果越差，如长波区域光学分辨率会变成短波区域光学分辨率的几倍，如300nm以上波段对应的光学分辨率一般会变成短波200nm的2倍以上，严重影响了系统的光谱分辨能力；

3、测量误差大

稀土元素和副族元素众多谱线都集中在300～500nm波段，谱线特别密集，在这些场合谱线重叠干扰比较严重，常规的中阶梯光栅二维分光系统的光谱分辨率不足以分辨出干扰谱线，使得分光系统无法有效地消除谱线干扰问题，导致测量误差，不利于检测。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述不足，本实用新型提供了一种成本较低、可靠性高、能够改善传统中阶梯光栅二维分光系统窄波段光谱分辨率差的问题的光谱分析仪。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种光谱分析仪，包括：

光源，所述光源发出测量光；

光采集单元，所述光采集单元将测量光耦合至分光单元；

分光单元，所述分光单元包括第一分光模块和第二分光模块，测量光经所述第一分光模块X方向分光后被所述第二分光模块进行相同方向的分光；

成像单元和探测单元，所述测量光经过所述第二分光模块分光后再被成像单元成像后被探测单元接收；

处理单元，所述处理单元处理探测单元接收到的信号，得到窄波段对应的谱图。

进一步，所述第一分光模块对测量光还进行Y方向的分光，X方向与Y方向不平行。

作为优选，所述X方向和Y方向相互垂直。

进一步，所述第一分光模块包括第一棱镜和第一光栅，所述第一光栅对测量光进行X方向的分光。

作为优选，所述第一光栅为中阶梯光栅。

作为优选，所述第二分光模块为反射或透射的中阶梯光栅或平面光栅或凹面光栅。

作为优选，所述成像单元包括第一成像模块和第二成像模块，所述探测单元包括第一探测器和第二探测器；

测量光经所述第一分光模块分光后，一部分经第一成像模块成像后被第一探测器接收，一部分进一步被第二分光模块分光、再经第二成像模块成像后被第二探测器接收；所述处理单元处理第一探测器和第二探测器接收到的信号，分别得到宽波段和窄波段对应的谱图。

作为优选，所述第二分光模块设置在第二成像模块上。

作为优选，所述第一探测器与第二探测器为同一探测器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、通过第二分光模块提供的分光能力，显著提升了窄波段尤其是长波方向对应的光学分辨率。

2、可以获得常规从长波段到短波段对应的宽谱谱图和高分辨的窄波段如长波段对应的谱图，具有传统的中阶梯光栅谱图覆盖波长范围广和窄波段对应光谱分辨率高的优点。