專利名稱：具有凹面衍射光柵的光學分光計的制作方法
技術領域：
本發明涉及衍射光柵光學分光計。在這樣的分光計中，本發明更具體而言涉及特別地用于原子發射光譜(特別地，ICP-感應耦合等離子體和⑶-輝光放電)、喇曼(Raman)光譜、橢圓偏光法或LIBS (激光誘導擊穿光譜)的多色儀(polychromator)(或同時型分光計(simultaneous spectrometer))。
背景技術：
根據本申請，分光計測量連續光譜或某些預選波長的光學強度。已知各種類型的衍射光柵多色儀分光計。例如，階梯(Echelle)分光計使用耦合 到聚焦鏡的平面衍射光柵以形成高分辨率圖像譜。本文更特別地涉及凹面衍射光柵分光計(concave diffraction grating spectrometer),其中凹面光柵可以使光譜衍射功能與衍射束聚焦功能相組合。存在許多這樣的凹面衍射光柵分光計其中，優化入射狹縫和出射狹縫相對于衍射光柵的相對位置以在圓(稱為羅蘭(Rowland)圓)上或平面場中的光譜。對于凹面光柵，在曲率半徑為R的情況下，羅蘭圓被定義為這樣的虛構圓其位于與光柵線垂直的面中，與光柵中心相切，其直徑等于R。特別地,在帕邪-龍格(Paschen-Runge)配置中，分光計的入射狹縫位于羅蘭圓上，出射狹縫也位于羅蘭圓上。相反地，在平面場或沃茲沃斯(Wadsworth)或伊格爾(Eagle)配置中，分光計的入射狹縫并非位于羅蘭圓上，而是在這樣的位置上，該位置使得由光柵衍射的光束的聚焦位于平面中或與平面可比的表面上。平面場裝置可以容易地耦合到光檢測器帶而形成光譜圖像(該光譜圖像可沿狹縫的高度進一步被分辨)，從而進行光譜成像。更詳細地考慮由圖I中的衍射平面中的截面圖所示意性示出的凹面衍射光柵多色儀的操作。這樣的多色儀通常包括多色光源，其被耦合到高度為h的矩形入射狹縫3 ；凹面衍射光柵I ;以及至少兩個出射狹縫4&、413、4(3。衍射光柵I具有每毫米η條線的密度。球凹面光柵(spherical concave grating)具有曲率半徑R,并且其幾何中心O位于也包括入射狹縫3的中心的平面中。光柵I與入射狹縫3相距距離La，以及并且光柵線被取向為平行于入射狹縫的高度(或其較長的長度)。通過入射狹縫3入射到分光計的光束5以入射角α照射衍射光柵I。該光束被光柵I衍射，構成多色入射光束的每個波長λ在衍射平面(與光柵線垂直并包括入射光束和光柵法線的平面)中相對于光柵法線以角β偏斜并被光柵I聚焦在距離Lb處。根據下式，衍射角β和焦距Lb依賴于所考慮的波長λ、光柵線密度η、衍射級k f
a 二 cste^sina+ sin ^ = nkA
cos2 a cos a cos2 β cos β n
---+-—--— = 0
、La R Lb R在帕邢-龍格類型的特定配置(參見圖I)中，入射狹縫3被設置在羅蘭圓2上，且入射光束5與垂直于光柵I的方向形成角α，其中羅蘭圓2是與其上形成有衍射光柵I的表面相切的直徑為R的圓。在該情況下，衍射光束6被聚焦在與光柵中心相距距離Lb的位于羅蘭圓上的點上。于是，光學像差項(稱為彗形像差)完全彼此抵消。每個衍射波長λ與 蘭圓相切以選擇所選定的波長。也可將光檢測器直接設置在狹縫4a、4b、4c的位置處。所使用的光檢測器的設置和數目允許沿分光計的光譜范圍測量全部光強度，該光譜范圍依賴于衍射光柵的類型和入射狹縫的位置。檢測器可以為光電倍增管或光檢測器陣列(下文中簡稱為“光檢測器”)。在光檢測器的帶或陣列的情況下，每個光檢測器的窗口或敏感表面用作圍繞特定波長的基本(eIementary )出射狹縫。出射狹縫由此可以是與檢測器分離的狹縫或是檢測器自身的一部分。在輸出光束的焦點處，衍射光束朝向檢測器的耦合可以以各種方式實現，可能地在同一配置內被組合到一起被光學耦合到檢測器(例如，光電倍增管)的出射狹縫；直接設置在焦點處的光檢測器或電荷轉移器件(CXD)的線帶(linear strip)，或用于將衍射光束傳輸到偏移光檢測器(offset photodetector)上的反射鏡。專利FR2786271描述了使用被設置為與羅蘭圓相切的柱面鏡，S卩，與衍射平面中的衍射光束形成角(β )并相對于該衍射平面傾斜45度，以便將衍射光束聚焦在位于衍射平面之上或之下的檢測平面中的光檢測器的中心上。該成像裝置可以增加由光檢測器的敏感部分收集的光量，這是由于在羅蘭圓處形成的入射狹縫的圖像通常比光檢測器的敏感部分的高度高。如果要分析的光源具有特定的垂直范圍(例如，在ICP中)，這樣的設置特別受到關注，這是因為與在鏡(miiTor)的位置處單獨設置的光檢測器將采集(pick up)的光相比，該鏡會截取更多的光。然而，位于當前分光計的焦點處的柱面鏡的位置因光束路徑的加長而使光學分辨率劣化。柱面鏡寬度被選擇為完全覆蓋光檢測器的寬度，但是，由于并入有光檢測器的殼的尺寸通常大于或等于光檢測器的敏感部分的尺寸，因此需要將光檢測器交替設置在衍射平面之上和之下，以便連續分析衍射光柵所允許的整個光譜范圍而沒有損耗或幾乎沒有損耗。該具有鏡的裝置的實際缺陷在于當交替向上和向下對光束進行聚焦時，特別地，當檢測器的敏感表面向下而使操作者不能觀察到時，難以設定鏡/光檢測器單元的位置。該裝置的另一缺點在于，鏡必須全都被切割為梯形，以便不截取計劃給鄰近的鏡的光束。切割柱面鏡的附加操作涉及分光計的附加成本。
通常，希望提高分光計敏感度，以便其可檢測盡可能低的光量，同時保持極好的光譜分辨率。還希望保持盡可能擴展的光譜范圍覆蓋。最后，希望簡化這樣的分光計的設定并降低其成本。
發明內容
本發明的目的是修補現有裝置的缺點，涉及這樣的分光計，該分光計可以增加所收集的光的量并由此改善將使用該分光計的儀器的靈敏度，同時保持良好的光學分辨率。更具體而言，本發明涉及一種凹面衍射光柵光學分光計，包括入射狹縫，其適合于接收并形成包括至少一個波長λ的入射光束；凹面衍射光柵，其適合于接收具有入射角α的所述入射光束并衍射所述光束以形成衍射光束，所述衍射光束與所述光柵的法線形成角β O);至少一個凹面鏡,其由半徑為r。#且截面為圓形的柱面(circular-sectioncylinder)的一部分形成,所述鏡(mirror)適合于接收沿方向β (λ)的所述衍射光束且將所述衍射光束聚焦在至少一個出射狹縫上；以及至少一個光檢測器，其被光學耦合到所述 出射狹縫以測量被衍射并由所述柱面鏡聚焦的光束。根據本發明，所述鏡位于這樣的葉形線(folium curve)上,該葉形線是由在所述衍射光束的焦點與所述鏡的中心之間的距離d( λ)針對方向β (λ)而定義的，其中d ( λ ) =Tcyl/23/2/cos ( β ) ο根據本發明的優選實施例，所述分光計的所述入射狹縫位于所述凹面衍射光柵的
羅蘭圓上。根據本發明的具體實施例，與所述鏡相切的線在所述衍射平面中與波長為λ的所述衍射光束形成角β (入)。根據本發明的優選實施例，所述衍射光束被聚焦在這樣的像平面中，該像平面平行于所述衍射平面且位于與所述衍射平面相距等于Tjf12的距離處。根據本發明的另一具體實施例,所述分光計包括在穿過(through)所述分光計的所述入射狹縫的像平面中設置的光檢測器的帶(strip)或陣列，所述帶或陣列被設置為能夠檢測衍射光束的多個波長。根據本發明的另一具體實施例，所述分光計包括至少兩個柱面鏡。根據本發明的又一具體實施例，所述柱面鏡具有相同的曲率半徑rcyl。根據本發明的另一具體實施例，所述分光計包括曲率半徑為^yl1的至少一個柱面鏡和曲率半徑為r。/的至少一個柱面鏡。根據本發明的又一具體實施例，半徑為I·。的所述鏡被設置在第一葉形線上，曲率半徑為reyl2的所述鏡被設置在第二葉形線上，按(as a function of)增加的衍射角β而交替設置所述第一葉形線的鏡與所述第二葉形線的鏡。根據本發明的另一具體實施例，所述鏡被定向為按增加的衍射角β而將所述衍射光束聚焦在交替地位于所述光柵的所述衍射平面的兩側的平面中。根據本發明的另一具體實施例，所述分光計包括至少一個適合于接收正級衍射光束的鏡和至少一個適合于接收負級衍射光束的鏡。根據本發明的另一具體實施例，所述分光計包括光學系統，該光學系統適合于接收由所述衍射光柵衍射的零級光束并將其導引到另一分光計。
根據本發明的另一具體實施例，所述分光計為這樣的發射分光計，在該發射分光計中，所述入射狹縫被耦合到ICP源或輝光放電(GD)源。
本發明還涉及將通過以下描述而顯現的特征。通過參考附圖，該僅以非限制性實例的方式給出的描述將允許更好地理解可以如何實施本發明，在附圖中圖I示出了在帕邢-龍格配置中的分光計的一般視圖；圖2示出了羅蘭圓和根據本發明的在其上設置鏡的葉形線在光柵衍射平面中的示意圖；圖3示出了本發明的第一實施例的圖，其示出了用于安裝柱面鏡的優選幾何位置(“葉形線”)以及用于與光柵的法線形成角(β )的衍射光束的這樣的鏡的定位；
圖4示出了柱面鏡的截面圖，該柱面鏡收集衍射光束并將其聚焦在這樣的光檢測器上，該光檢測器被設置在與衍射平面平行的平面中；圖5示出了由柱面鏡收集并被聚焦在光檢測器帶上的各種波長的光束的透射投影;圖6示出了具有用于采集不同光譜區域的不同半徑的柱面鏡的交替設置以及與每個鏡關聯的光檢測器的透視圖；以及圖7示出了這樣的具體實施例的圖，在該具體實施例中，入射光束垂直于光柵進入，且在光柵法線的兩側交替設置鏡以采集(pick up)正級和負級。
具體實施例方式圖I示出了根據帕邢-龍格配置的分光計的圖，其中入射狹縫3位于羅蘭圓2上并被設置為與衍射光柵I的中心相距距離La。現有技術的分光計包括安裝在支撐物上的入射狹縫3 ;凹面衍射光柵1，其被安裝在允許對蝕刻有光柵的表面進行精確定位(包括光柵線的定向)的支撐物上。輸入光束5與光柵I的法線形成角α。出射狹縫4a、4b和4c以使得被光柵I衍射的光束按衍射光束6的波長分別聚焦在出射狹縫4a、4b和4c上的方式沿羅蘭圓2分布，每個出射狹縫被設置為與光柵中心相距距離U。圖2示意性示出了根據本發明的分光計的操作原理。該分光計包括除了狹縫4a、4b和4c之外的參考圖I描述的所有部件，并處于以下具體情況入射狹縫3位于中心為X的羅蘭圓2上，輸入光束5與光柵I的法線形成角α，并且柱面鏡將衍射光束傾斜地聚焦在光檢測器上。更準確地說，本發明涉及在包括入射狹縫和凹面光柵的同時型分光計中的用于定位這樣的柱面鏡的幾何位置的優化，其中每個所述柱面鏡將光聚焦在光檢測器上。為了保持最佳地聚焦在光檢測器上，重要的是將距離Lb保持在其理論值且不加長光束路徑。當具有曲率半徑!■…且被設置在距離A=reyl/23/2處的柱面鏡將角β的入射光束聚焦在距離d( λ ) =rcyl/23/2/cos ( β )處時，則用于設置該柱面鏡的最佳距離為L=Lb-d( λ )(其中L為光柵中心與鏡中心之間的距離)。對于結構要求，可關注于使用相同的柱面鏡(具有相同的曲率半徑Gyl)以及這些鏡與光檢測器之間的其值為Tjf12的相同的距離。在帕邪-龍格配置的特定情況下,距離Lb等于Lb=R cos(arcsin(nkX-sin(a ))。如果使用被定向為與衍射光束形成角β并具有值為I^ylAv2的鏡與光檢測器之間的相同距離的相同的柱面鏡，則得出柱面鏡的理想位置所在的幾何位置是被稱為“葉形線”的曲線，該曲線在笛卡爾坐標中由下式定義(參照系統中心=光柵中心，其中xy系統位于光柵I的衍射平面中，X沿光柵的法線取向，y沿光柵中心的切線取向)x=2R cos2 ( β ) - d cos ( β )y=x tan ( β )。圖2示出了用于具有等于500mm的曲率半徑R的球凹面光柵和用于具有等于
27.5mm的曲率半徑I^yl的柱面鏡的葉形線7。相似地，圖3示出了用于具有等于500mm的曲率半徑R的球凹面光柵和用于具有等于75_的曲率半徑rc;yl的柱面鏡的葉形線7。觀察到葉形線7可以近似為直徑小于羅蘭圓且與羅蘭圓同心的圓13。 優選地，柱面鏡相對于衍射平面傾斜，以便將衍射光束偏移到不同于衍射平面的另一平面中。圖4示出了聚焦柱面鏡8的截面圖。圖4的平面因而垂直于衍射平面。柱面鏡8收集衍射光束6并將衍射光束6以90度的平均角Y偏轉以將其聚焦在光檢測器9的敏感表面上。圖4中示出的設置可以將鏡8設置在與光檢測器9及其殼10不同的平面中。這樣，殼10不會干擾鄰近的光譜區域中的衍射光束。該設置可以有利地使用若干個柱面鏡和若干個光檢測器，由于鏡被設置在衍射平面中而光檢測器在平行于衍射平面并且與衍射平面分離特定距離的平面中，因此該配置不會導致彼此遮蔽(screen)。在該情況下，光檢測器9全都在與衍射平面平行且與衍射平面相距距離的平面中。該分離允許在裝配分光計時更容易地設定光檢測器和鏡。圖5示出了被耦合到在其支撐物10上的光檢測器9的帶的柱面鏡8的透視圖。柱面鏡收集多個波長(由其范圍對應于入射狹縫的高度的三個光束6a、6b和6c示意性表示)。柱面鏡8將每個波長6a、6b、6c分別聚焦在光檢測器的帶的特定點上。當柱面鏡被設置在由本發明限定的最優葉形線上時，柱面鏡的使用可以收集來自源(source)的具有沿入射狹縫的高度的極大范圍的光流(flow)并將源的整個高度都聚焦在其高度通常受限的光檢測器上。因此，入射狹縫上的源的高度可以達到若干毫米，而光檢測器的寬度被限制為50-1000微米。本發明的裝置由此可以使用相比于光檢測器的寬度相對擴展的光源。本發明由此可以采集最大光流并由此最優化分光計靈敏度。在優選實施例中，分光計包括若干個鏡8a、8b、8c,每個鏡被分別稱合到光檢測器9a、9b、9c的帶或陣列。光檢測器9a (相應地，9b、9c)被設置為平行于柱面鏡8a (相應地，8b,8c)的軸，其中在光檢測器9的中心和與在柱面鏡8a上的反射關聯的柱面鏡8a的中心之間具有橫向偏移(例如，圖6 )。以對這樣的光譜帶聚焦的方式限定柱面鏡的長度，該光譜帶足以覆蓋與相關聯的光檢測器的長度對應的光譜寬度。應注意，從上方觀察，每個柱面鏡沒有重疊到其所關聯的光檢測器。事實上，由于角β (在所考慮的波長λ下相對于鏡的光束入射角),存在光檢測器相對于柱面鏡的偏移。圖6不意性不出了包括若干個柱面鏡8a、8b、8c和若干個光檢測器9a、9b、9c以便測量寬且連續的光譜范圍的分光計。柱面鏡8a、8b、8c各自將衍射光反射到位于一個或多個平面中的光檢測器9a、9b、9c，該一個或多個平面都位于衍射平面的同一側。該設置通過使用第三空間維度(spatial dimension)使衍射光束折回而可以減小分光計的總機械尺寸。根據特別有利的實施例，使用兩種類型的柱面鏡具有曲率半徑I^yll的鏡8a、8c以及具有與reyll不同的曲率半徑reyl2的鏡8b。例如，可以使用曲率半徑reyll=27. 5mm的第一鏡8a和曲率半徑reyl2=75mm的第二鏡Sb。這些不同的鏡沿由距離(I1和d2限定的兩個“葉形線”而被交替地設置在衍射平面中，其中Cl1=Iv1/^2, d2=rcyl2/23/20通過按增加的角β交替地定位第一類型的一個鏡和第二類型的一個鏡，且通過將相關聯的光檢測器定位在平行于衍射平面的兩個平面中，則可以定位光檢測器而不會使兩個鄰近的帶的殼彼此干擾。該設置可以覆蓋整個光譜，其中有極小的未覆蓋的光譜區域或沒有未覆蓋的光譜區域。根據該實施例，可以面朝上地將所有光檢測器水平地設置在平行于衍射平面的兩個平面中，這極大地便于分光計的安置。鏡/光檢測器耦合的機械支撐物可以被制造為相同，具有用于光檢測器的兩個預定位置(分別對應于平面^yll和r。# )。與其中檢測器交替地向上和向下取向的現有裝置相反地，具有交替的前/后定位的裝置提供了附加的優點，即，不需要將所有柱面鏡切割為梯形來避免對計劃用于鄰近的鏡的光束的截取。根據本發明的 該實施例，僅僅設置在與光柵最近的“葉形線”上的鏡必須被切割為梯形。以這樣的方式對在前葉形線上設置的鏡的梯形切割的形狀進行最優化使得由光檢測器的邊緣檢測的光流對于與兩個葉形線關聯的鄰近的光檢測器而言是相等的。此外，位于光譜的端部的鏡可以僅在一側被切割。為了獲得寬的光譜覆蓋，光學系統使用根據本發明最優化的一個或多個光檢測器/柱面鏡單元并且可以與不使用本發明的原理的一個或多個光檢測器(例如，直接安裝在最佳聚焦曲線上的光檢測器)組合。在具體實施例中，光檢測器的中心未被設置在柱面鏡的理論光學焦距(即，rc;yl/23/2/COS(i3))上(除在光柵的法線處之外)，而是在Λ值處，這確實限制了檢測的光流(然而卻保持比沒有聚焦的情況高的光流)，但卻極大地有助于光學設定，這是因為在光檢測器處被截取的光束較寬，如下文中所清楚地解釋的。在該具體實施例中，已知光檢測器的寬度，可以預先計算每個鏡/光檢測器單元的位置，以便覆蓋有用的光譜。然后，為了簡化分光計裝配，可以預先機械地固定每個鏡/檢測器單元支撐物的位置。圖7示出了另一具體實施例，其中鏡8a、8b被設置在零級衍射的兩側，使用正衍射級和負衍射級。在葉形線上的安裝于是在機械上被簡化，通過在正級和負級之間交替鏡-光檢測器單元安裝而獲得光譜覆蓋。根據該實施例，可以僅使用用于柱面鏡的一個位置曲線(葉形線)、僅具有一個曲率半徑并且因其是矩形而使其切割簡化的僅一種類型的柱面鏡。在具體實施例(未示出)中，光檢測器相對于與光敏區域平行的軸(通過光檢測器且與柱面鏡的軸平行的軸)傾斜，以避免朝向光柵的光反射，該反射易于在其他光檢測器上產生虛假光(spurious light)或鬼影(ghost)譜線。光檢測器的傾斜導致按傾斜角的少量光流損耗，這對于小傾斜角而言可完全忽略。在另一具體實施例中，所有光檢測器都被設置在光柵法線的同一側，并且帶通或高通光學濾波器被設置在光柵和光檢測器之間。濾波器的截止波長分別與由光柵分散在光檢測器上的波長匹配。這些濾波器可根據情況用作衍射級濾波器(高通濾波器)或虛假光濾波器(帶通濾波器)。該實施例由此可以消除虛假光反射。根據另一實施例，光學濾波器可以以這樣的方式被設置在光源與入射狹縫3之間或在入射狹縫3與光柵I之間使得衍射光柵僅僅由有限的光譜帶(至少對應于光檢測器的光譜帶)照射，這具有減少虛假光的優點。在具體實施例中，使用光分流(opticaltapping)裝置(光纖、光纖束、章魚光纖(octopus fiber)、使用一個或多個鏡的系統、使用一個或多個透鏡的系統、棱鏡或這些光學元件的任何組合)，衍射光柵的零級分流可用于照射使用或不使用本發明的原理的具有不同光譜范圍的第二分光計。由于設置在預定葉形線上的柱面鏡的使用，本發明可以改善凹面衍射光柵分光計的發光度(luminosity)，同時保持或者甚至改善其光譜分辨率。特別有利的實施例允許 使用光檢測器的帶來檢測寬光譜范圍的連續譜。本發明還允許在分光計的入射狹縫上使用較大高度的源。與光檢測器的帶組合的柱面鏡的各種設置允許在分光計裝配時較容易的設定。通過消除對柱面鏡的梯形切割或通過將這樣的梯形切割限制到柱面鏡的僅僅一部分，本發明還可以簡化光學部件。最終，本發明的實施可以使分光計裝配和安置更容易。
權利要求
1.一種凹面衍射光柵光學分光計，包括 入射狹縫(3)，其適合于接收并形成包括至少一個波長λ的入射光束(5); 凹面衍射光柵(1)，其適合于接收具有入射角α的所述入射光束(5)并衍射所述光束以形成衍射光束(6、6a、6b、6c)，所述衍射光束與所述光柵(I)的法線形成角β (λ)； 至少一個凹面鏡(8、8a、8b、8c),其由半徑為r。#且截面為圓形的柱面的一部分形成，所述鏡(8、8a、8b、8c)適合于接收沿方向β (λ)的所述衍射光束(6、6a、6b、6c)且將所述衍射光束聚焦在至少一個出射狹縫(4、4a、4b、4c)上；以及 至少一個光檢測器(9、9a、9b、9c)，其被光學耦合到所述出射狹縫(4、4a、4b、4c)以測量被衍射并由所述柱面鏡(8、8a、8b、8c )聚焦的所述光束(6、6a、6b、6c )， 其特征在于， 所述鏡(8、8a、8b、8c)位于葉形線(7)上，該葉形線在所述衍射光柵(I)的方向上與沿所述方向β (λ)的所述衍射光束(6、6a、6b、6c)在羅蘭圓(2)上的焦點相距距離d(A)處，其中d( λ )=rcyl/23/2/cos(^ )。
2.根據權利要求I的分光計，其特征在于，所述分光計的所述入射狹縫(3)位于所述凹面衍射光柵(I)的羅蘭圓(2)上。
3.根據權利要求I到2中一項的分光計，其特征在于，與所述鏡(8、8a、8b、8c)相切的線在所述衍射平面中與波長為λ的所述衍射光束形成角β (λ)。
4.根據權利要求I到3中一項的分光計，其特征在于，所述鏡(8、8a、8b、8c)的表面的法線與所述衍射平面形成平均角￥，且特征在于，所述衍射光束(6、6&、613、6(3)被聚焦在這樣的像平面中，該像平面平行于所述衍射平面且位于與所述衍射平面相距等于reyl/23/2的距離處。
5.根據權利要求I到4中一項的分光計，其特征在于，其包括在穿過所述分光計的所述入射狹縫的像平面中設置的光檢測器(9、9a、9b、9c)的帶或陣列，所述帶或陣列被設置為能夠檢測所述衍射光束(6、6a、6b、6c)的多個波長。
6.根據權利要求I到5中一項的分光計，其特征在于，其包括至少兩個柱面鏡(8、8a、.8b、8c)0
7.根據權利要求6的分光計，其特征在于，所述柱面鏡(8、8a、8b、8c)具有相同的曲率半徑IV。
8.根據權利要求6的分光計，其特征在于，其包括曲率半徑為Ayl1的至少一個柱面鏡(8a，8c)和曲率半徑為reyl2的至少一個柱面鏡(8b)。
9.根據權利要求8的分光計，其特征在于，半徑為I·。#1的所述鏡(8a，8c)被設置在第一葉形線上，曲率半徑為reyl2的所述鏡(Sb)被設置在第二葉形線上，按增加的衍射角β而交替設置所述第一葉形線的所述鏡(8a，Sc)與所述第二葉形線的所述鏡(Sb)。
10.根據權利要求6到9中一項的分光計，其特征在于，所述鏡(8、8a、8b、8c)被定向為按增加的衍射角β而將所述衍射光束聚焦在交替地位于所述光柵(I)的所述衍射平面的兩側的平面中。
11.根據權利要求6到10中一項的分光計，其特征在于，其包括適合于接收正級的衍射光束(6、6a、6b、6c)的至少一個鏡(8、8a、8b、8c)和適合于接收負級的衍射光束(6、6a、6b、6c)的至少一個鏡(8、8a、8b、8c)。
12.根據權利要求I到11中一項的分光計，其特征在于，其包括光學系統，所述光學系統適合于接收由所述折射光柵(I)衍射的零級光束并將其導引到另一分光計。
13.根據權利要求I到12中一項的分光計，其特征在于，所述入射狹縫(3)被耦合到ICP源或輝光放電(⑶)源。
全文摘要
本發明涉及一種具有凹面衍射光柵的光學分光計，其包括入射狹縫(3)，適合于接收并形成包括至少一個波長λ的入射光束(5)；凹面衍射光柵(1)，適合于接收具有入射角α的所述入射光束(5)并衍射所述光束以形成衍射光束，所述衍射光束與所述光柵(1)的法線形成角β(λ)；至少一個凹面鏡(8、8a、8b、8c)，由具有半徑為rcyl的圓形截面的柱面的一部分構成，所述鏡(8、8a、8b、8c)適合于接收沿方向β(λ)的所述衍射光束(6、6a、6b、6c)并將所述光束聚焦在至少一個出射狹縫(4、4a、4b、4c)上；以及至少一個光檢測器(9、9a、9b、9c)，其被光學耦合到所述出射狹縫(4、4a、4b、4c)以測量被衍射并由柱面鏡(8、8a、8b、8c)聚焦的所述光束。根據本發明，所述鏡(8、8a、8b、8c)位于葉形線上，該葉形曲線在所述衍射光柵(1)的方向上與沿所述方向β(λ)的所述衍射光束(6、6a、6b、6c)在羅蘭圓(2)上的焦點相距距離d(λ)處，其中d(λ)=rcyl/23/2/cos(β)。
文檔編號G01J3/36GK102713541SQ201080052222
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月18日 優先權日2009年11月20日
發明者E·弗勒泰爾, M·卡薩雷斯, O·博諾, O·羅熱里厄斯 申請人:堀場喬賓伊馮公司