[发明专利]一种固定光栅的Czerny-Turner型光纤光谱仪

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种固定光栅的Czerny-Turner型光纤光谱仪结构。

背景技术

光纤光谱仪是对物质结构和成分进行分析处理的光谱分析仪器。Czerny-Turner型构型是常用的光纤光谱仪的光学系统形式，采用平面光栅结构，用两块凹面反射镜分别做为准直物镜和成像物镜，对整个光谱进行扫描。为获取准确的光谱数据，光谱仪需要具有稳定可靠的结构。

光谱仪的结构设计要求为：

a.结构紧凑，同时各元件应具有足够的空间以易于装配、调节和维修。

b.根据光学系统的加工公差和装调工差进行结构件的加工精度分析，在加工精度实现困难的情况下设置必要的装配调整环节。

c.保持光学件的相互位置关系稳定。

d.能经受振动、冲击、热真空和热循环等环境试验考核。

e.适应一定的工作温度范围。

目前在已有的光纤光谱仪结构中，光学件和结构件间调整好位置后多采用直接粘接的方式，在需要通过力学环境试验考核的情况下，这种结构形式不宜采用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种固定光栅的Czerny-Turner型光纤光谱仪，其该光纤光谱仪结构紧凑、无活动机构、装调简单、使用方便、性能稳定、可以同时对整个光谱进行快速扫描，且能经受振动、冲击、热真空和热循环等环境试验考核。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种固定光栅的Czerny-Turner型光纤光谱仪，包括盒体、光纤接口、反射镜组件、准直镜组件、光栅组件、聚焦镜组件、探测器、电路板、半导体制冷器和散热结构，其中盒体为支撑结构件，光纤接口、反射镜组件、准直镜组件、光栅组件、聚焦镜组件和探测器分别安装于盒体上，反射镜组件安装面和光栅组件安装面共用1个表面，光纤安装在光纤接口上，光纤的输出光经由光纤接口进入光谱仪，经过反射镜、准直镜、光栅、聚焦镜，最后聚焦在探测器上，电路板与探测器连接，并固定在盒体上，探测器背面安装半导体制冷器和散热结构，探测器背面和半导体制冷器冷端贴合，半导体制冷器热端和散热结构贴合，三者接触面涂敷导热材料，散热结构将探测器和半导体制冷器工作时产生的热量传导出去，实现探测器焦面所需要的低温工作温度。

在上述固定光栅的Czerny-Turner型光纤光谱仪中，光纤光出射面的位置可通过光纤接口和盒体间的调整垫片进行前后调节；探测器通过调焦垫片直接固定在盒体上，调焦垫片厚度通过最终确定的焦面位置确定。

在上述固定光栅的Czerny-Turner型光纤光谱仪中，反射镜组件由反射镜托框、反射镜、反射镜压圈和支架组成，反射镜安装在反射镜托框里，用反射镜压圈固定，反射镜托框安装在支架上，反射镜组件通过支架安装到盒体上，支架和盒体通过轴孔定位，支架可绕反射镜组件安装轴转动调整反射镜的角度位置，且反射镜组件安装轴轴线通过反射镜反射面。

在上述固定光栅的Czerny-Turner型光纤光谱仪中，准直镜组件由准直镜托框、准直镜和准直镜压圈组成，准直镜安装在准直镜托框里，用准直镜压圈固定，准直镜托框通过三个安装点安装到盒体外侧面上，准直镜托框外圆和盒体上准直镜组件安装孔间留有间隙，间隙为0.5mm～1mm，准直镜组件的位置可以在间隙内调整。

在上述固定光栅的Czerny-Turner型光纤光谱仪中，准直镜为离轴反射镜，装框时通过使镜面最高点和托框上的安装刻线对齐来保证准直镜对称面和准直镜托框过安装孔中心的对称面对齐，安装误差为±1mm。

在上述固定光栅的Czerny-Turner型光纤光谱仪中，准直镜托框上的安装孔为腰形孔，可通过转动准直镜组件调整准直镜对称面位置。

在上述固定光栅的Czerny-Turner型光纤光谱仪中，光栅组件由光栅托框、光栅、光栅压圈、光栅托框压圈和底座组成，为两层结构，光栅安装在光栅托框内，用光栅压圈固定，光栅托框安装在底座上，光栅托框在底座内可转动调整光栅刻线方向，调整完成后拧紧光栅托框压圈固定光栅托框，底座和盒体通过轴孔定位，底座可绕光栅组件安装轴转动调整光栅的角度位置，所述光栅组件安装轴轴线通过光栅反射面。

在上述固定光栅的Czerny-Turner型光纤光谱仪中，聚焦镜组件由聚焦镜托框、聚焦镜和聚焦镜压圈组成，聚焦镜安装在聚焦镜托框内，用聚焦镜压圈固定，聚焦镜托框通过三个安装点安装到盒体外侧面上，聚焦镜托框外圆和盒体上聚焦镜组件安装孔间留有间隙，间隙为0.5mm～1mm，聚焦镜组件的位置可以在间隙内调整。