[发明专利]一种分辨N2分子振转Raman谱的双光栅光谱仪系统

权利要求书

1.一种分辨N₂分子振转Raman谱的双光栅光谱仪系统，包括信号馈入单元、光学色散单元和信号检测单元，其特征在于：信号馈入单元包括芯径0.6mm、数值孔径0.12的集束光纤；光学色散单元包括由透镜1与光栅1、透镜2与光栅2构成的准Littrow结构布局的两组级联的光栅色散系统，第一级光栅色散系统由透镜1和光栅1组成，第二级光栅色散系统由透镜2和光栅2组成；信号检测单元包含一个阵列式多通道的探测器；

信号馈入单元采用芯径0.6mm、数值孔径0.12的集束光纤将传导的信号光馈入光学色散单元，集束光纤出端口中心精准位于透镜1的焦点上；

光学色散单元包含两组级联的准Littrow结构布局的单光栅色散系统，能高效传输并以8.3mm nm^-1的线色散率色散384.9-388.6nm范围通带信号光，同时对带外354.8nm附近光产生优于6个数量级的抑制；

信号检测单元实现对在空间上色散开的通带范围内信号的分辨与记录。

2.如权利要求1所述的一种分辨N₂分子振转Raman谱的双光栅光谱仪系统，其特征在于：

所述集束光纤包括7根相同的光纤，每根光纤芯径0.6mm、数值孔径0.12；集束光纤入口端为标准的SMA光纤接头，其中6根光纤以第7根光纤为圆心等间距排列；在集束光纤出口端，7根光纤成线状在铅直方向紧密排列；集束光纤出端口中心精准位于透镜1的焦点上，经集束光纤传导的信号光通过光纤出端口后，首先照射由透镜1和光栅1组成的第一级光栅色散系统；透镜1和光栅1准Littrow结构布局，将入射信号光初步色散后汇聚在透镜1焦面上；其中，在384.9-388.6nm范围对应的三级衍射光能通过透镜1焦面上长10mm×宽8mm的预留矩形小孔；在波长354.8nm附近对应的三级衍射光汇聚在透镜1焦面上不同位置且不能通过矩形小孔；经过矩形小孔的信号光接着照射由透镜2和光栅2组成的第二级光栅色散系统；透镜2和光栅2准Littrow结构布局，将384.9-388.6nm范围入射信号光以8.3mm nm^-1的线色散率在透镜2焦面上色散开来。

3.如权利要求2所述的一种分辨N₂分子振转Raman谱的双光栅光谱仪系统，其特征在于：

所述探测器光敏面准确定位在透镜2焦面上；探测器共包含32个探测通道，单个探测通道光敏面物理尺寸为0.8mm×7.0mm，相邻探测通道之间有0.2mm死区间隔，通道间距1.0mm；精调探测器位置，每个探测通道光敏面长7.0mm边都平行于铅直方向；同时，保证探测器第1到第14通道光敏面中心依次对准N₂分子振转Raman谱O支转动量子数J＝16-2各谱线汇聚光中心，探测器第17到第32通道光敏面中心依次对准N₂分子振转Raman谱S支转动量子数J＝0-14各谱线汇聚光中心，探测器第15到第16通道检测N₂分子振转Raman谱Q支谱信号，进而实现对N₂分子振转Raman谱的分辨与检测。

4.如权利要求3所述的一种分辨N₂分子振转Raman谱的双光栅光谱仪系统，其特征在于：

所述第一级和第二级光栅色散系统的焦面在同一铅直面内，光轴在同一水平面内相互平行且间距82.94mm。

5.如权利要求4所述的一种分辨N₂分子振转Raman谱的双光栅光谱仪系统，其特征在于：

所述透镜1直径100mm，焦距400mm，双面镀增透膜，对384.9-388.6nm范围光透过率大于99％；光栅1为平面反射式闪耀光栅，刻线密度1200gr mm^-1，闪耀波长400nm，闪耀角度46.00°，工作角度46.10°，衍射级次为三级；

所述透镜2直径130mm，焦距800mm，双面镀增透膜，对384.9-388.6nm范围光透过率大于99％；光栅2为平面反射式闪耀光栅，刻线密度600gr mm^-1，闪耀波长386nm，闪耀角度54.00°，工作角度55.86°，衍射级次为七级。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的一种分辨N₂分子振转Raman谱的双光栅光谱仪系统，其特征在于：

两组级联的光栅色散系统通带光谱区为384.9-388.6nm范围，通带光谱区内线色散率8.3mm nm^-1，在354.8nm紫外激光辐射时，与线阵探测器配合实现对N₂分子振转Raman谱的分辨与记录，对带外354.8nm附近光产生优于6个数量级的抑制。