專利名稱：紫外增強微型光纖光譜儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光譜儀，尤其是涉及一種紫外增強微型光纖光譜儀，屬于光電檢測儀器領域。
背景技術：
紫外探測技術是繼激光探測技術和紅外探測技術之后發展起來的又一重要光電探測技術，已經廣泛應用于軍事、空間天文、環境檢測、工業生產、醫療診斷等領域。紫外光譜分析是紫外探測技術中重要的分析手段，由于紫外光鏡面反射能力和透射能力都很小， 探測器件紫外響應效率低，從而造成了光譜儀系統對紫外光的敏感性很弱，需要復雜的處理電路完成信號調理和采集，這些都限制了紫外光譜儀器的廣泛應用。紅外可見光纖光譜儀技術成熟，種類很多，在此基礎上，人們已展開寬光譜響應、 高分辨率和高靈敏度的紫外光譜儀的研究。在技術發達國家，已取得相當的成就，由于價格昂貴，主要應用于科研等高檔設備中。國內也一直致力于尋找能夠增強紫外響應的方法，提高光譜儀對紫外輻射的敏感性，如通過改變探測器基材提高紫外響應效率等，紫外光譜儀性能有所提高，仍無法進行廣泛的應用。
發明內容
本發明的目的在于克服上述不足，提供一種動態范圍大、紫外響應效率和靈敏度高的紫外增強微型光纖光譜儀。本發明的目的是這樣實現的一種紫外增強微型光纖光譜儀，依照光路經過該光譜儀各元件的次序，該光譜儀包含有一 SM905光纖接口，通過光纖將光源的光束導入；一狹縫單元；一準直反射鏡，對光束進行反射聚焦；一光柵，接收并使光束色散；一聚焦反射鏡，對經光柵色散后的光束進行反射聚焦；一 CCD探測器，對光束進行光電轉換；
所述狹縫單元和準直反射鏡之間設置有光闌；所述準直反射鏡和聚焦反射鏡之間設置有擋光板，所述狹縫單元包含有石英基材，所述石英基材上鍍有不透光的金屬膜，所述金屬膜光刻有一個寬度為5 100um的狹縫；所述光柵為全息光柵，所述準直反射鏡、聚焦反射鏡和光柵表面均鍍有鋁；
所述光譜儀還包含有一前置放大電路，所述前置放大電路與CCD探測器相連； 所述光譜儀還包含有光學平臺基座，所述光學平臺基座上壓置有一蓋板，并構成一密閉腔體，所述SM905光纖接口穿接于該密閉腔體的側壁上，所述狹縫單元、光闌、準直反射鏡、光柵、聚焦反射鏡、CCD探測器和前置放大電路均位于該密閉腔體內，所述密閉腔體內還設置有消雜散光板。本發明一種紫外增強微型光纖光譜儀，所述光譜儀還包含有CXD信號處理裝置， 所述裝置包含有USB微控制器，所述USB微控制器上連接有CPLD芯片、CXD視頻信號處理芯片、RAM電路、電源切換電路和RS232\RS485電路，所述CXD視頻信號處理芯片與前置放大電路相連，所述CPLD芯片與CXD探測器相連，所述USB微控制器可通過自帶的USB接口或RS232\RS485電路與一上位機相連。本發明一種紫外增強微型光纖光譜儀，所述USB微控制器的型號為 CY7C68013-128，所述CPLD芯片的型號為ISPLSI1016-60，所述CCD視頻信號處理芯片的型號為 VSP3200Y。與現有技術相比，本發明的有益效果是
1、將所述光學器件放置于密閉的光學平臺基座內，免除了外界的影響，同時增加了光闌、擋光板和消雜散光板，改進了狹縫單元的構造，使得整個光學平臺基座內雜散光小，進一步降低了背景噪聲，提高了信噪比。2、采用薄型背照式CCD面陣探測器，且反射鏡和全息光柵表面鍍有鋁，使得探測波長延伸到ISOnm以外，分辨率可以達到0. 05nm以下，并且具有極高的紫外量子效率和動態范圍。3、CXD信號處理裝置采用CPLD芯片代替傳統的單片機或IC電路產生時序脈沖， 不但簡化了電路，且提高了性能的穩定性，降低了功耗，豐富了通訊接口，使用更為方便；專用的CCD視頻信號處理電路具有可編程增益、高速16位的A/D轉換，提高了動態范圍。
圖1為本發明紫外增強微型光纖光譜儀的結構示意圖。圖2為本發明紫外增強微型光纖光譜儀CCD信號處理裝置的結構示意圖。其中
光學平臺基座1、前置放大電路2、CCD探測器3、消雜散光板4、聚焦反射鏡5、SM905光纖接口 6、狹縫單元7、光闌8、光柵9、擋光板10、準直反射鏡11、密封圈12。
具體實施例方式參見圖1，本發明涉及的一種紫外增強微型光纖光譜儀，依照光路經過該光譜儀各元件的次序，該光譜儀包含有一 SM905光纖接口 6，通過光纖將光源的光束導入；一狹縫單元7，對光束的通過量進行限制，所述狹縫單元7包含有石英基材，所述石英基材上鍍有不透光的金屬膜，所述金屬膜光刻有一個狹縫，狹縫寬度減小可以提高光譜分辨率，但是光通量減小，信號強度減弱；狹縫寬度增大可以提高光通量，但是分辨率就會降低，根據光通量和分辨率綜合需求，因此狹縫寬度選擇為5 100um ；—光闌8，限制光束中視場外雜散光進入內腔；一準直反射鏡11，把入射的發散光束聚焦反射，所述準直反射鏡為一凹面鏡，把入射的發散光束匯聚輸出，使出射光束到達光柵時，光束剛好覆蓋光柵，否則，光束太大就超越光柵面積而造成光能量浪費；光束太小則光柵部分區域不能利用，即利用效率低，相當于光柵刻線數減少，影響光譜分辨率；一光柵9，所述光柵9為全息光柵，接收并使光束色散； 一聚焦反射鏡5，用于聚焦反射經光柵9色散后的光束，剛好覆蓋CCD探測器有效面積，所述聚焦反射鏡的結構與準直反射鏡類似，同樣為一凹面鏡，；一 CCD探測器3，用于對光束進行光電轉換，所述CCD探測器3選用新型的薄型背照式2080x20象元的CCD面陣探測器S9840， 每個垂直列中14個有效象元累加在一起以增加靈敏度并提高信噪比，具有高量子效率、高紫外靈敏度等特點；一前置放大電路2，用于提高CCD視頻輸出信號抗干擾能力；
所述準直反射鏡11、聚焦反射鏡5和光柵9，均采用K9玻璃為基材，鍍膜表面先進行超精細研磨，再進行離子清洗，然后鍍鋁，該鋁的純度至少要達到ASTM F1594-1995 (2003)標準中3N8級(即99. 98%)以上，鋁在可見和紫外波段均具有較高的反射率，鋁膜與K9基材附著良好，環境穩定性好。所述準直反射鏡11和聚焦反射鏡5之間設置有擋光板10，
所述光譜儀還包含有光學平臺基座1，所述光學平臺基座1上通過密封圈12壓置有一蓋板，并構成一密閉腔體，所述SM905光纖接口 6穿接于該密閉腔體的側壁上，所述狹縫單元7、光闌8、準直反射鏡11、光柵9、聚焦反射鏡5、CXD探測器3和前置放大電路2均位于該密閉腔體內，所述密閉腔體內還設置有消雜散光板4，所述擋光板10和消雜散光板4表面涂有吸光材料，且其結構采用非對稱式的結構，其表面設有鋸齒形邊緣，使得到達擋光板和消雜散光板的光盡可能在鋸齒形邊緣之間多次反射或散射，降低輸出強度，
設置擋光板10和消雜散光板4的目的在于前級設置光闌后可以限制視場以外的光進入內腔，但內腔鏡面污染、麻點、寄生反射或衍射等都會產生非定向的雜散光，需要設置光陷阱降低雜散光。所述光譜儀還包含有CXD信號處理裝置，所述裝置包含有USB微控制器，所述USB 微控制器上連接有CPLD芯片、CXD視頻信號處理芯片、RAM電路、電源切換電路和RS232\ RS485電路，所述CXD視頻信號處理芯片與前置放大電路2相連，所述CPLD芯片與CXD探測器3相連，所述USB微控制器可通過自帶的USB接口或RS232\RS485電路與一上位機相連； 所述USB微控制器的型號為CY7C68013-128，所述CPLD芯片的型號為ISPLSI1016-60，所述 CXD視頻信號處理芯片的型號為VSP3200Y ；
工作時
光源的光束經光纖從SM905光纖接口 6導入，經狹縫單元7、光闌8、準直反射鏡11、光柵9和聚焦反射鏡5由CCD探測器3接收，隨后接收到的信號由CCD信號處理裝置開始分析處理；
所述CCD信號處理裝置采用CPLD( ISPLSI1016-60)產生CCD探測器驅動脈沖信號P1V、 P1H、P2V、P2H和RG，CXD視頻信號處理同步脈沖信號CK1、CK2和ADCCK，USB微控制器同步采集時鐘信號DCLK ；采用專用CXD視頻信號處理芯片VSP3200Y，具有單通道雙采樣功能， 有效消除電平漂移，通過讀寫寄存器選擇采樣通道、設置通道偏置電壓和增益調整，提高信號采集準確性和動態范圍；USB微控制器選擇CY7C68013-128，DCLK信號觸發該控制器按順序從VSP3200Y中讀取每個CCD象元信號量化值，并存儲于FIFO寄存器中，最后使用標準的 USB2. 0與上位機進行高速數據傳輸，也可以使用RS485與上位機進行遠距離傳輸，滿足不同環境需求。所述上位機驅動及通訊軟件包括USB2.0接口驅動程序、接口協議、動態鏈接庫和 DEMO軟件，方便用戶進行二次開發。
權利要求
1.一種紫外增強微型光纖光譜儀，依照光路經過該光譜儀各元件的次序，該光譜儀包含有一 SM905光纖接口(6)，通過光纖將光源的光束導入；一狹縫單元(7)；—準直反射鏡 (11)，對光束進行反射聚焦；一光柵(9)，接收并使光束色散；一聚焦反射鏡(5)，對經光柵 (9)色散后的光束進行反射聚焦；一 CCD探測器(3)，對光束進行光電轉換；其特征在于所述狹縫單元(7)和準直反射鏡(11)之間設置有光闌(8);所述準直反射鏡(11)和聚焦反射鏡(5)之間設置有擋光板(10)，所述狹縫單元(7)包含有石英基材，所述石英基材上鍍有不透光的金屬膜，所述金屬膜光刻有一個寬度為5 100um的狹縫；所述光柵(9 )為全息光柵，所述準直反射鏡(11)、聚焦反射鏡(5 )和光柵(9 )表面均鍍有鋁；所述光譜儀還包含有一前置放大電路(2 )，所述前置放大電路(2 )與CXD探測器(3 )相連；所述光譜儀還包含有光學平臺基座(1 )，所述光學平臺基座(1)上壓置有一蓋板，并構成一密閉腔體，所述SM905光纖接口(6)穿接于該密閉腔體的側壁上，所述狹縫單元(7)、光闌(8)、準直反射鏡(11)、光柵(9)、聚焦反射鏡(5)、CCD探測器(3)和前置放大電路(2)均位于該密閉腔體內，所述密閉腔體內還設置有消雜散光板(4)。
2.如權利要求1所述一種紫外增強微型光纖光譜儀，其特征在于所述光譜儀還包含有CXD信號處理裝置，所述裝置包含有USB微控制器，所述USB微控制器上連接有CPLD芯片、CXD視頻信號處理芯片、RAM電路、電源切換電路和RS232\RS485電路，所述CXD視頻信號處理芯片與前置放大電路(2)相連，所述CPLD芯片與CXD探測器(3)相連，所述USB微控制器可通過自帶的USB接口或RS232\RS485電路與一上位機相連。
3.如權利要求2所述一種紫外增強微型光纖光譜儀，其特征在于所述USB微控制器的型號為CY7C68013-128，所述CPLD芯片的型號為ISPLSI1016-60，所述CCD視頻信號處理芯片的型號為VSP3200Y。
全文摘要
本發明涉及一種紫外增強微型光纖光譜儀，依照光路經過該光譜儀各元件的次序，該光譜儀包含有一SM905光纖接口6，一狹縫單元7；一光闌8，一準直反射鏡11，一光柵9，一聚焦反射鏡5，一CCD探測器3；所述準直反射鏡11和聚焦反射鏡5之間設置有擋光板10，所述狹縫單元7包含有石英基材，所述石英基材上鍍有不透光的金屬膜，所述金屬膜光刻有一個5~100um寬的狹縫；所述光柵9為全息光柵，所述準直反射鏡11、聚焦反射鏡5和光柵9表面均鍍有鋁。本發明紫外增強微型光纖光譜儀，動態范圍大，紫外響應效率和靈敏度高。
文檔編號G01J3/02GK102226717SQ20111008583
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月7日 優先權日2011年4月7日
發明者劉世勝, 尹宏彥, 尹宏清 申請人:江陰市嘉臣光電科技有限公司