一種紫外光譜儀光譜分辨力的檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光學檢測技術領域，設及一種真空紫外光譜儀光譜分辨力的檢測裝置 與方法。
【背景技術】
[0002] 真空紫外光譜儀將真空紫外光分解為光譜，需要檢測紫外光譜儀的色散方向的分 辨力W及定標光譜的譜線位置。普通的光譜儀不需要在真空下進行測試，用單色儀提供 指定波長的光束就可W進行測試。要得出紫外光譜儀的光譜分辨力，需要獲得用于檢測 的單色光波長A(A)、焦面線色散AAl(A/mm)、和點擴散函數PSF任ointSpread 化nction)的能量半高寬FWHM(mm)。紫外光譜儀的光譜分辨力為等于用于檢測的單色 光波長^ (A)除W光譜分辨率AA(A/mm)，而光譜分辨率AA(FWHM(mm) XAXL(A/mm))，即光譜分辨力為入/A入=入/(FWHM(mm)xA入L(A/mm))。然而，真空紫外光為100皿~200皿波長紫外線，由于在空氣中衰減很 快，必須在真空下才能傳播。因此真空紫外光譜儀需要在真空環境下才能進行測試。普通 的單色儀采用平面光柵，要對紫外光譜儀進行定標和光譜測量，就需要采用專口的光路如 準直鏡使光束集中，但在真空紫外波段，測試過程中所搭建光路中的光學鏡面，不論是反射 或是折射，都會對光強造成嚴重衰減。
[0003] 作為標定基準，檢測用光源的質量必須高于被測紫外光譜儀的分辨力指標要求， 還要能進行量程范圍內的波段覆蓋。采用對撞機技術雖然能夠同時滿足該兩項要求，但實 驗系統的搭建與使用成本高昂。
[0004] 連續譜気燈經輪胎面光柵的單色儀可W提供單色的光源，但其光譜寬度取決于光 柵的質量及臂的長度。另外單色儀出光光束焦比難W做大。而較大的紫外光譜儀入射光束 焦比可W提高光譜儀的靈敏度。在檢測時如不匹配則會造成靈敏度降低而難W檢測。
[0005] 隸燈、等離子光源可W提供由離散的單色譜線組成的復合紫外光，但其譜線波長 是一定的，數量也很有限。
[0006] 光學系統要求各光學器件間嚴格的相對位置，W及震動會對相對位置產生影響。 真空系統在真空環境的制備中，W及周圍環境會對光學系統造成影響。直接將光學器件與 真空艙連接，會造成成像的模糊，甚至相對位置關系發生變化，而無法進行檢測。
【發明內容】
[0007] (一）要解決的技術問題
[0008] 為了解決現有技術存在紫外光傳播需真空環境且反射效率低、光源焦比小于被測 紫外光譜儀的焦比、單色光源在所提供光的譜線寬度與波長的連續性上不理想、光學檢測 易受震動影響的技術問題，本發明的目的是提供一種紫外光譜儀光譜分辨力的檢測裝置及 方法。
[0009] (二）技術方案
[0010] 為了達成所述目的，本發明的第一方面，提供一種紫外光譜儀光譜分辨力的檢測 裝置包括；光源、單色儀、中繼光學系統、真空平移臺、真空艙、隔振臺和平臺；在隔振臺上 放置光源、單色儀、真空艙；平臺位于真空系統的真空艙中，且平臺的底部的支柱伸出真空 艙并與真空艙外的隔振臺固定連接，保證真空艙外光源、單色儀的光學器件和艙內中繼光 學系統、被測紫外光譜儀的光學器件固定在相同的隔振臺基礎上；通過波紋管將支柱包裹 在真空艙內，使真空艙內形成真空環境；中繼光學系統、真空平移臺位于真空艙中的平臺 上；W及被測紫外光譜儀置于真空平移臺上，使中繼光學系統和被測紫外光譜儀處于真空 環境中；其中：
[0011] 光源包括連續譜光源和離散譜光源，用于提供檢測所需的包含紫外光及可見光的 復合光；
[0012] 單色儀，用于接收復合光，生成并出射檢測紫外光譜儀所需單色光；
[0013] 中繼光學系統，用于將單色儀的焦比與被測紫外光譜儀的焦比進行匹配，并將單 色光生成并出射檢測需要的檢測會聚光；
[0014] 被測紫外光譜儀，用于接收檢測會聚光，并將檢測會聚光的會聚點位置與被測紫 外光譜儀的狹縫重合；被測紫外光譜儀的光學器件包括球面光柵、狹縫、圖像采集器件；
[0015] 真空艙為真空環境時，當被測紫外光譜儀、中繼光學系統和真空平移臺的結構及 光路結構產生變形時，導致光路產生變化，從而會使會聚點的位置與被測紫外光譜儀入射 端的位置分離；
[0016] 真空平移臺上放置被測紫外光譜儀，調整真空平移臺使檢測會聚光的會聚點位置 與被測紫外光譜儀入射端的狹縫中屯、再次重合，檢測會聚光入射到狹縫，經過球面光柵色 散并照射到圖像采集器件上，并被測紫外光譜儀在與檢測會聚光波長相應光譜坐標位置形 成光譜圖像；通過連續譜光源和單色儀測量并得到光譜圖像的焦面線色散參數，通過離散 譜光源測量光譜圖像中的譜線，得到譜線的能量半高寬，根據檢測會聚光波長、能量半高寬 與焦面線色散參數，計算得出被測紫外光譜儀分辨力。
[0017] 為了達成所述目的，本發明的第二方面，提供一種紫外光譜儀光譜分辨力的檢測 方法，利用光譜儀光譜分辨力的檢測裝置檢測紫外光譜儀光譜分辨力的步驟包括如下：
[0018] 步驟S1 ;根據離散譜光源，在單色儀的光柵處放置光電探測器來標定光柵轉角的 碼盤，完成后移出光電探測器；
[0019] 步驟S2 ;將被測紫外光譜儀放入未形成真空的真空艙中進行初步裝調，將中繼光 學系統的出射光束對準被測紫外光譜儀的狹縫；
[0020] 步驟S3 ;關閉真空艙，用真空累抽氣，形成真空環境；
[0021] 步驟S4 ;利用0級光中的可見光，根據中繼光學系統出射的會聚光在被測紫外光 譜儀的入射端狹縫上的光斑位置，在監視相機的監測下調整真空平移臺，使光斑與被測紫 外光譜儀入射端狹縫的中屯、目測對準重合；
[0022] 步驟S5 ;使用連續譜光源，用0級光或測量范圍內任意波長的單色光采集被測紫 外光譜儀的光譜圖像，根據被測紫外光譜儀光譜成像的位置處圖像采集器件上的成像的高 度或寬度及清晰程度，調整被測紫外光譜儀中的圖像采集器件的方向及位置，實現被測紫 外光譜儀光譜成像位置即焦面與圖像采集器件的感光面貼合；
[0023] 步驟S6 ;光源為連續譜光源時，通過反復調整單色儀光柵的轉動角度，使單色儀 出射每個轉動角度對應波長的連續譜單色光，圖像采集器件采集并得到所述連續譜單色光 光譜對應的光譜圖像；
[0024] 步驟S7 ;根據每個光譜圖像中譜線位置及其對應的連續譜單色光波長之間的關 系計算并得到被測紫外光譜儀的焦面線色散參數；當所述連續譜單色光的譜線寬度小于被 測紫外光譜儀的分辨率，則執行步驟S10,當所述連續譜單色光的譜線寬度大于等于被測紫 外光譜儀的分辨率，則執行步驟S8 ;
[0025] 步驟S8 ;使用離散譜光源的0級光，并在圖像采集器件上獲得離散譜線的光譜圖 像；
[002引步驟S9 ;觀察離散譜線的光譜圖像中的離散譜線，根據觀察到的離散譜線從光源 所用元素的譜線表中查找到離散譜線的波長值，W單色儀光柵轉動到離散譜線的波長值所 對應的離散譜單色光進行檢測時在圖像采集器件上獲得離散譜線的波長值對應的離散譜 單色光的光譜圖像；當步驟S6采集的光譜圖像中缺少波長與查找到的離散譜線波長值相 同或相近的連續譜單色光的光譜圖像時，執行步驟S6 ;當步驟S6采集的光譜圖像中不缺 少波長與查找到的離散譜線波長值相同或相近的連續譜單色光的光譜圖像時，執行步驟 S10 ；
[0027] 步驟S10 ;根據焦面線色散參數、光譜圖像及光譜圖像中譜線所對應的波長值計 算紫外光譜儀的光譜分辨力。
[002引 （S)有益效果
[0029] 在本發明中，通過如下的技術解決了現有技術的問題：
[0030] 光源采用離散譜光源（等離子光源或隸燈）與連續譜光源（気燈）相結合的方式， 既有能準確提供譜線位置的光源，又有能連續提供光譜的光源，該樣避免了使用對撞機。
[0031] 為了解決光強衰減問題，一方面采用較大功率的光源，提高所建立真空系統的真 空度，還采用了具有輪胎面光柵的單色儀。輪胎面光柵可W將光源所發光束的集束與色散 結合一起，在最少的反射次數下提供紫外光譜儀可用的測試用單色光。
[0032] 建立中繼光學系統，利用楠球境，在解決焦比匹配問題的同時，將單色儀出射的光 束與射入被測紫外光譜儀的光束之間垂直布置，使得容納被測紫外光譜儀的真空艙可W盡 量小，并不與單色儀出射光束干設。
[0033] 將所有元件，如單色儀、真空系統放置到一個剛性體（平臺與框架組成）上，進行 整體隔振。維持真空系統的真空度所必需的真空累選用自身振動小或不振動的真空累，如 磁懸浮分子累，或離子累，解決光路對振動敏感的問題。
[0034] 在真空艙的艙內，包含中繼光學系統和被測紫外光譜儀。它們應處在同一剛性體 上。但由于真空環境制備過程中W及真空艙開關艙口前后所處的壓力、力學環境的變化，實 際結構難W像理想剛體而真正實現不變形。因此在中繼光學系統與被測紫外光譜儀在同一 剛性體上的前提下，在被測紫外光譜儀與剛性體之間，設置調整環節，用來補償該一變化。
[0035] 因此在真空艙內，設計平臺，平臺與真空艙外的平臺直接連接。平移臺上放置中繼 光學系統和真空平移臺，真空平移臺上放置被測紫外光譜儀。在中繼光學系統的光路與被 測紫外光譜儀之間所設計的真空平移臺，作為調整環節，用于被測紫外光譜儀入射端狹縫 中屯、與檢測會聚光的會聚點位置之間相對位置的調整，一旦發生在制備真空前后的位置變 化，可w進行微動調整，該調整在真空下進行。
[0036]中繼光學系統的光路出射較大焦比的光束，中繼光學系統出射的檢測會聚光的會 聚點位置要與被測紫外光譜儀入射端的狹縫中屯、對齊。在真空艙外布置監視相機監視被測 紫外光譜儀入射端狹縫上的光斑，通過光斑