1.本实用新型涉及光谱学，特别涉及一种连续光源单色分光模块。
背景技术：
2.在光学仪器的设计、调试、生产过程中，窄线宽、输出波长连续可调的光源至关重要。现有的汞灯、氩灯等光源虽然在200-1100nm范围具有一系列窄线宽发射光谱，但其发射光谱相互独立，并不能够连续可调的输出指定波长；氘灯、钨灯发射光谱虽然连续，但并不满足单色窄线宽的要求。分光光度计基于氘灯、钨灯的分光，能够连续的输出200-1100nm之间任意波长，但输出线宽一般大于1nm，并不能满足窄线宽(《0.1nm)的要求。传统的旋转光栅分光方式由于电机机械振动，难以保证输出波长重复性和长期使用的稳定性。
技术实现要素：
3.本实用新型提出了一种连续光源单色分光模块，采用离轴抛物面镜对入射针孔输入的连续光谱准直，采用中阶梯光栅和棱镜相结合的二维分光方式，结合成像镜头将不同波长聚焦在像平面上，通过移动出射针孔选择输出波长。该模块可实现190-1100nm范围内任意波长的单色光输出，输出波长半高宽优于0.05nm。该实用新型适用于高分辨率光谱仪的校准，基于光谱吸收的气体定性和定量分析。
4.本实用新型的技术方案为：一种连续光源单色分光模块。
5.本实用新型的装置包括：入射针孔、离轴抛物面镜、中阶梯光栅、棱镜、成像镜头、出射针孔。氘灯、钨灯等宽光谱光源聚焦于入射针孔，后经离轴抛物面镜反射后准直，再由中阶梯光栅将不同波长衍射至不同角度。其中，中阶梯光栅光栅面与y-z水平面成角度波长λ、级次m的衍射光线方向与光栅法线夹角在光栅法线与x轴组成平面内投影角度为中阶梯光栅的光栅面法线与入射光在y-z水平面投影角度为θ，d为光栅常数。则有以下关系：
[0006][0007]
各波长λ和级次m的衍射光经棱镜后，由于不同波长的折射率不同，不同衍射级次将在水平方向分开。后经成像镜头将各个波长的衍射光聚焦于焦平面上，通过出射针孔在x'-y'平面内的移动可选择不同波长的出射光。入射针孔直径5-25um，出射针孔直径5-25um。入射针孔可分别延x、y、z方向进行微调，以保证入射针孔位于离轴抛物面镜焦点。出射针孔可通过重复定位精度0.01-1um的二维纳米位移平台调节x'-y'平面内的位置。出射针孔可接光纤。
[0008]
本实用新型的有益效果在于：
[0009]
1.提出了一种连续光源单色分光模块，采用中阶梯光栅和棱镜相结合的二维分光方式，无需转动光栅即可实现二维分光；
[0010]
2.采用离轴抛物面镜对入射针孔输入的连续光谱准直，成像镜头将不同波长聚焦在像平面上；
[0011]
3.通过移动出射针孔选择输出波长，可实现190-1100nm范围内任意波长的单色光
输出，输出波长半高宽优于0.05nm；
附图说明
[0012]
图1为本实用新型的实施方式的装置结构示意图；
[0013]
图2-4为本实用新型的实施方式的具体实例仿真结果；
具体实施方式
[0014]
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
[0015]
本实用新型的实施方式，装置如图1所示：入射针孔1、离轴抛物面镜2、中阶梯光栅3、棱镜4、成像镜头5、出射针孔6。氘灯、钨灯等宽光谱光源聚焦于入射针孔1，后经离轴抛物面镜2反射后准直，再由中阶梯光栅3将不同波长衍射至不同角度。其中，中阶梯光栅3光栅面与y-z水平面成角度波长λ、级次m的衍射光线方向与光栅法线夹角在光栅法线与x轴组成平面内投影角度为中阶梯光栅3光栅面法线与入射光在y-z水平面投影角度为θ，d为光栅常数。则d，θ，m，λ之间关系满足公式(1)。
[0016]
中阶梯光栅3作用为将不同波长和级次的衍射光在竖直方向延x轴分开。此后，各波长和级次的衍射光经棱镜4后，由于不同波长的折射率不同，不同衍射级次将在水平方向分开。后经成像镜头5将各个波长的衍射光聚焦于焦平面上，通过出射针孔6在x'-y'平面内的移动可选择不同波长的出射光。
[0017]
入射针孔1直径5-25um，出射针孔6直径5-25um。入射针孔1可分别延x、y、z方向进行微调，以保证入射针孔位于离轴抛物面镜2焦点。出射针孔6可通过重复定位精度0.01-1um的二维纳米位移平台调节x'-y'平面内的位置。出射针孔6可接光纤。
[0018]
入射针孔1直径16um，离轴抛物面镜2焦距50.8mm，中阶梯光栅3刻线数79/mm，中阶梯光栅3光栅面与y-z水平面成角度63
°
，中阶梯光栅3光栅面法线与入射光在y-z水平面投影角度10
°
，棱镜4角度45
°
、入射角3
°
，成像镜头5焦距75mm。以上参数的分光效果如图2-4所示，在231.4nm、555.4nm、740.5nm处的分辨率分别为0.03nm，0.05nm，0.05nm。采用出射针孔6直径25um以下直径均可以实现线宽由于0.05nm的单色光输出。
[0019]
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
技术特征：
1.一种连续光源单色分光模块，其特征是装置包括：入射针孔、离轴抛物面镜、中阶梯光栅、棱镜、成像镜头、出射针孔，宽光谱光源聚焦于入射针孔，经离轴抛物面镜反射后准直，由中阶梯光栅衍射后，经棱镜折射，再由成像镜头将各个波长和级次的衍射光聚焦于焦平面上，通过出射针孔在焦平面上移动选择输出波长。2.根据权利要求1所述的一种连续光源单色分光模块，其特征在于：中阶梯光栅光栅面与y-z水平面成角度波长λ、级次m的衍射光线方向与光栅法线夹角在光栅法线与x轴组成平面内投影角度为中阶梯光栅的光栅面法线与入射光在y-z水平面投影角度为θ，d为光栅常数，存在关系：3.根据权利要求1所述的一种连续光源单色分光模块，其特征在于：为确保入射针孔位于离轴抛物面镜焦点，入射针孔固定之前分别延x、y、z方向进行微调。4.根据权利要求1所述的一种连续光源单色分光模块，其特征在于：出射针孔通过重复定位精度0.01-1um的二维纳米位移平台调节位置。5.根据权利要求1所述的一种连续光源单色分光模块，其特征在于：入射针孔直径5-25um，出射针孔直径5-25um。6.根据权利要求1所述的一种连续光源单色分光模块，其特征在于：为达到便于拆装、替换的目的，出射针孔后接光纤。
技术总结
本实用新型提出了一种连续光源单色分光模块，采用离轴抛物面镜对入射针孔输入的连续光谱准直，采用中阶梯光栅和棱镜相结合的二维分光方式，结合成像镜头将不同波长聚焦在像平面上，通过移动出射针孔选择输出波长。该模块可实现190-1100nm范围内任意波长的单色光输出，输出波长半高宽优于0.05nm。该实用新型适用于高分辨率光谱仪的校准，基于光谱吸收的气体定性和定量分析。体定性和定量分析。体定性和定量分析。
技术研发人员：曾繁添 季彩霞 陈鑫
受保护的技术使用者：苏州简测科技有限公司
技术研发日：2023.02.23
技术公布日：2023/7/28