中红外波段宽光谱测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种中红外波段宽光谱测量系统，包括：均设置于真空腔体中的显微物镜和光纤耦合器，均设置于大气环境中的准直器、分光棱镜、汇聚透镜和探测器，以及连接于所述光纤耦合器和所述准直器之间的中红外光纤，准直器用于将平行光传导至所述分光棱镜；分光棱镜用于色散平行光并将经色散而形成的分光光束出射至汇聚透镜；汇聚透镜用于将不同波长的分光光束汇聚于所述探测器的焦平面的不同高度上。光纤可以通过真空法兰穿过真空腔体，将光信号引出到真空腔体内部，从而准确获得真空腔体中物体的表面信息。体中物体的表面信息。体中物体的表面信息。

【技术实现步骤摘要】
中红外波段宽光谱测量系统


[0001]本专利技术涉及一种测量系统，特别涉及一种光谱测量系统。

技术介绍

[0002]光谱信息是分析物质成分的重要参考依据，而中红外光谱(波长2.5μm
‑
25μm)又可以分析反演出物体的温度，因此对于材料特性分析而言，得到物体中红外宽光谱信息非常重要。然而不同于常规的光谱检测，在实验室条件下，物体经常被置于真空腔体内部。而对于在真空腔体内部进行光谱测量，目前尚没有成熟的解决方案，这主要是由于待测物体和测量分析仪器分别被置于真空环境下和大气环境下而导致的，真空
‑
大气界面的光信息传导成为检测中的难点。由此需要一种能够将真空中的物体表面的光信息不失真地传导到置于大气环境中的测量分析仪器中的装置。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中检测置于真空中的物体光信号传导不易、光信息难以准确传递的缺陷，提供一种中红外波段宽光谱测量系统。
[0004]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
[0005]一种中红外波段宽光谱测量系统，其特点在于，其包括：均设置于真空腔体中的显微物镜和光纤耦合器，均设置于大气环境中的准直器、分光棱镜、汇聚透镜和探测器，以及通过真空法兰连接于所述光纤耦合器和所述准直器之间的中红外光纤，其中，
[0006]所述显微物镜的焦点对焦于待测物体表面，并用于接收来自待测物体表面的发散光并将发散光整形成具有第一直径的平行光；
[0007]所述光纤耦合器用于将具有第一直径的平行光聚焦后引导至所述中红外光纤；
[0008]所述中红外光纤用于传导经聚焦的光线至所述准直器中；
[0009]所述准直器用于将来自所述中红外光纤的光线转化为具有第二直径的平行光并传导至所述分光棱镜；
[0010]所述分光棱镜用于色散具有第二直径的平行光并将经色散而形成的分光光束出射至所述汇聚透镜；
[0011]所述汇聚透镜用于将不同波长的分光光束汇聚于所述探测器的焦平面的不同高度上。
[0012]优选地，所述光纤耦合器包括抛物面反射面。
[0013]优选地，所述分光棱镜为等边棱镜，入射角的为分光棱镜最小偏转角，出射和入射光路对称。
[0014]优选地，所述准直器均包括抛物面反射面。所述光纤耦合器和所述准直器采用相同的结构，但是光路输入输出方向相反。由于光学波段是宽光谱中红外，所以采用反射式结构，可以消除光线汇聚的色差。
[0015]优选地，所述中红外光纤为ZrF4多膜光纤。
[0016]优选地，第一直径大于第二直径。
[0017]优选地，所述汇聚透镜包括多个依次排列的球面透镜。
[0018]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。
[0019]本专利技术的积极进步效果在于：通过在由真空到大气的环境中布置光学元件和真空法兰，光纤可以通过真空法兰穿过真空腔体，将光信号引出到真空腔体内部，从而准确获得真空腔体中物体的表面信息。再者氟化物光纤是在中红外波段透光的理想选择，相比硫化物玻璃光纤，氟化物光纤还具有更低折射率和更低的色散，由此使得检测结果更准确。
附图说明
[0020]图1a为本专利技术一实施例所述的中红外波段宽光谱测量系统的示意图。
[0021]图1b为图1a中A部的局部放大图。
[0022]图2为本专利技术一实施例所述的显微物镜的光束追迹示意图。
[0023]图3为本专利技术一实施例所述的光纤耦合器中的光路示意图。
[0024]图4为本专利技术一实施例所述的准直器中的光路示意图。
[0025]图5为本专利技术一实施例所述的分光棱镜的光路示意图。
[0026]图6为本专利技术一实施例所述的汇聚透镜的结构和光路示意图。
[0027]图7为本专利技术一实施例所述的探测器接收到各个波段光谱点列示意图。
具体实施方式
[0028]下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。
[0029]参考图1
‑
图7，介绍本专利技术一实施例的中红外波段宽光谱测量系统。所述测量系统，包括：均设置于真空腔体中的显微物镜1和光纤耦合器2，均设置于大气环境中的准直器4、分光棱镜5、汇聚透镜6和探测器7，以及通过真空法兰连接于所述光纤耦合器2和所述准直器4之间的中红外光纤3。
[0030]具体来说，参考图2，所述显微物镜1的焦点对焦于待测物体表面，并用于接收来自待测物体表面的发散光21并将发散光整形成具有第一直径的平行光22。
[0031]参考图3，所述光纤耦合器2用于将具有第一直径的平行光聚焦后引导至所述中红外光纤3。接着所述中红外光纤3用于传导经聚焦的光线至所述准直器4中。参考图4，所述准直器4用于将来自所述中红外光纤的光线转化为具有第二直径的平行光并传导至所述分光棱镜5。其中以41表示进入准直器4的输入光线，以42表示输出光线。
[0032]接着参考图5
‑
图6，来自准直器4的光进入所述分光棱镜5，其用于色散具有第二直径的平行光51并将经色散而形成的分光光束52出射至所述汇聚透镜6。而所述汇聚透镜6用于将不同波长的分光光束汇聚于所述探测器7的焦平面的不同高度上。
[0033]其中，所述分光棱镜为等边棱镜，入射角的为分光棱镜最小偏转角，出射和入射光路对称。所述光纤耦合器和所述准直器均包括抛物面反射面。所述光纤耦合器和所述准直器采用相同的结构，但是光路输入输出方向相反。由于光学波段是宽光谱中红外，所以采用反射式结构，可以消除光线汇聚的色差。
[0034]下面以ZrF4多膜光纤作为中红外光纤(以下简称光纤)、所述汇聚透镜则包括4个依次排列的球面透镜为例，进一步介绍本专利技术的技术方案。
[0035]首先将显微物镜1的焦点对焦在待测样品表面上，发出光线通过显微物镜内两次反射，将光束整形成平行光。显微物镜数值孔径0.45，主次镜遮拦比造成能量传输率为0.83。待测样品表面发散光通过显微物镜整形成平行光线，在经过光纤耦合器2进入光纤。平行光束直径5.1mm，光纤耦合器直径5mm中红外光纤跳线采用ZrF4多膜光纤，纤芯光纤头数值孔径0.20，通过光波长范围0.3
‑
4.5μm。光纤经由真空法兰穿过真空腔体，将待测光引出。
[0036]光纤一端连接真空腔体，另一端则连接抛物面反射式准直器，将光转化成12mm直径的平行光束。平行光束射入萤石(CaF2)分光棱镜，完成色散。设计采用等边棱镜，入射角的为棱镜最小偏转角，出射和入射光路对称。分光后，通过汇聚透镜，将不同波长的光汇聚在焦面的不同高度上。汇聚透镜焦距150mm，F数12.5，在4um波长处艾利斑直径120um。透镜组由四片透镜(分别以61
‑
64表示，图6光线自左向右传输)组成，透镜参数见表1，S1
‑
S8分别表示四面透镜的每个表面。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中红外波段宽光谱测量系统，其特征在于，其包括：均设置于真空腔体中的显微物镜和光纤耦合器，均设置于大气环境中的准直器、分光棱镜、汇聚透镜和探测器，以及通过真空法兰连接于所述光纤耦合器和所述准直器之间的中红外光纤，其中，所述显微物镜的焦点对焦于待测物体表面，并用于接收来自待测物体表面的发散光并将发散光整形成具有第一直径的平行光；所述光纤耦合器用于将具有第一直径的平行光聚焦后引导至所述中红外光纤；所述中红外光纤用于传导经聚焦的光线至所述准直器中；所述准直器用于将来自所述中红外光纤的光线转化为具有第二直径的平行光并传导至所述分光棱镜；所述准直器用于将具有第一直径的平行光转化为具有第二直径的平行光并传导至所述分光棱镜；所述分光棱镜用于色散具有第二直径的平行光并将经色散而形成的分光光束出射至所述汇聚透镜；所述汇聚透镜用于将不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤心溢，蹇毅，赵守仁，
申请(专利权)人：上海济物光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：