[发明专利]一种光谱仪的中阶梯光栅姿态调整方法和校准装置

说明书

本发明属于光谱仪分光系统领域，涉及一种光谱仪的中阶梯光栅姿态调整方法和校准装置。本发明的调整方法利用中阶梯光栅的衍射理论，结合分光模块光学系统的具体参数，精确计算中阶梯光栅多个衍射级次的光斑成像在中阶梯光栅姿态调整校准装置上的相对位置，并做出相应标记，据此通过中阶梯光栅固定结构调整中阶梯光栅的三维姿态。本发明的校准装置基于中阶梯光栅衍射理论与光学系统具体参数设计而成，计算精确，易于实现，可操作性强，能够精确实现中阶梯光栅在光谱仪中的姿态调整；同时，该中阶梯光栅姿态调整校准装置装适用性强，当光学系统相关光学参数发生变化时，仅需重新计算设计中阶梯光栅各衍射级次的光斑对应位置即可。

技术领域

本发明属于光谱仪分光系统领域，涉及一种光谱仪的中阶梯光栅姿态调整方法和校准装置。

背景技术

中阶梯光栅光谱仪采用中阶梯光栅搭配棱镜交叉色散，在像面上形成二维光谱，该结构使中阶梯光栅光谱仪同时实现了高分辨率和宽波段的瞬态测量。中阶梯光栅光谱仪以其高分辨率、小体积、全谱瞬态直读等优异特性优异的特性广泛应用于原子发射、原子吸收或LIBS激发光源等系列元素光谱分析技术中。而中阶梯光栅作为光谱仪中最主要的分光元件，其使用姿态对系统的成像质量非常敏感，直接影响中阶梯光栅光谱仪的系统性能。

图1是中阶梯光栅光谱仪光学系统示意图。光束通过狭缝11照射到准直镜12上，经准直镜12反射后透过棱镜13，照射到中阶梯光栅表面14，经中阶梯光栅衍射14后照射到聚焦镜15上，光束经聚焦镜15反射后聚焦至探测器16，由探测器16接收光电信号。为了使光谱仪的系统性能达到设计要求，则要求中阶梯光栅在光谱仪中的使用姿态(即三维姿态，包括俯仰、倾斜和滚转)与设计要求精准一致。现有的中阶梯光栅的装调方式有中阶梯光栅替换平面反射镜的方式和寻找衍射光斑最亮点的方式。但是，上述方式均存在装调复杂、不易实现及难以保证精度等缺点，难以保证中阶梯光栅的三维姿态达到设计要求，这将影响元素光谱分析仪器的整机性能。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种操作简单、易于实现的光谱仪的中阶梯光栅姿态精准装调的调整方法，实现中阶梯光栅姿态的精准装调，从而提高中阶梯光栅光谱仪的光谱分辨率和灵敏度，降低检出限，提高光谱分析仪器的整机性能。

本发明的另一个目的是提供一种光谱仪的中阶梯光栅姿态调整校准装置。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明的设计思想在于利用中阶梯光栅的衍射理论，已知波长的激光入射到中阶梯光栅表面，经中阶梯光栅衍射后，会衍射出激光器对应波长的多个衍射级次的光斑。通过光学软件可以精确模拟中阶梯光栅的各个衍射级次光斑的成像位置。根据色散原理，结合中阶梯光栅光谱仪光学系统的具体参数，精确计算中阶梯光栅多个衍射级次的光斑成像在中阶梯光栅姿态调整校准装置上的相应位置。

一种光谱仪的中阶梯光栅姿态调整方法，该方法包括如下步骤：

a、在对中阶梯光栅进行精准装调前，中阶梯光栅光谱仪光学系统中的狭缝11、准直镜12和棱镜13均安装在设计位置并调整到设计状态；中阶梯光栅14通过具有三维姿态可调功能的光栅固定机构安装；

将中阶梯光栅姿态调整校准装置固定安装在中阶梯光栅光谱仪光学系统中的聚焦镜15的位置上；所述中阶梯光栅姿态调整校准装置包括固定板和与该固定板呈固定夹角的校准面板，在所述校准面板上，沿其长度方向从上至下依次刻有多个十字叉丝，每个十字叉丝分别为一个根据光学系统精确计算所得的已知波长激光衍射级次的光斑的设计位置；

b、激光器光束通过狭缝11照射到准直镜12上，经准直镜12反射后透过棱镜13，照射到中阶梯光栅14表面，中阶梯光栅14衍射出激光器对应波长的多个衍射级次的光斑照射在中阶梯光栅姿态调整校准装置的校准面板上，通过中阶梯光栅固定机构调整中阶梯光栅14的三维姿态，使各衍射级次的光斑与校准面板上相对应的十字叉丝的交点重合，此时，中阶梯光栅14的姿态与设计的使用状态一致。