分光计简介-光学台

如标题为“导论一个光谱仪：该狭缝”的文章中所述，光谱仪是将多个入口狭缝的单色图像映射到检测器平面的成像系统。标题为“欧洲杯猜球平台光谱仪的介绍：狭缝”，“光谱仪的介绍：衍射光栅”和“探测器的简介”，讨论了光谱仪的三个主要可配置组件：狭缝，光栅和探测器。

本文将讨论这些组件如何与不同的光学组件一起运行以创建完整的系统。通常，该系统称为光学台阶或光谱仪。

尽管许多不同的可能的光学台面配置可用，但最常见的类型是交叉的胫骨转盘，展开的胫骨转盘和凹形全息光谱仪，如图1,2和3所示。

Czerny-Turner

交叉切尔尼-特纳结构包括一个平面衍射光栅和两个凹面镜(图1)。选择反射镜1的焦距，使入射狭缝发出的光进行准直，然后将准直光束引导到衍射光栅上。

在衍射并分成其色组分中之后，镜子2用于将光分散在探测器平面上的光聚焦。

图1。越过胫骨制圆锥体光谱仪

交叉泽尔尼-特纳结构提供了一个紧凑、灵活的摄谱仪设计。对于给定角色散值的衍射光栅，可以通过设计两个反射镜的焦距来提供不同的线性色散值，从而决定了给定探测器的光谱覆盖率、分辨率和系统的传感长度。

当优化配置几何形状时，交叉的胫骨转盘谱仪可以提供良好的彗星校正和扁平的光谱场。然而，胫骨转盘光学台值由于其偏离轴的几何形状而显示出大的图像像差。该图像像差可能扩展入口狭缝的图像宽度几十微米。

因此，泽尔尼-特纳光学台主要用于低到中分辨率的光谱仪。虽然这种设计并不适用于二维成像，但使用非球面反射镜(如环形反射镜)而不是球面镜可以对像散和球差进行一定程度的校正。

为了降低像差，切尔尼-特纳光学台的f值为>3，限制了其吞吐量。在光学系统中，f数用有效焦距表示入口瞳直径，定义为f/# = f/D，其中D为元件直径，f为集合光学的焦距。

光学系统的光收集功率使用F数为特征。与数值孔径（NA）的F数 - 另一个临界光学概念 - 是：F /＃= 1 /（2•NA），其中光学系统的数值孔径是表征角度范围的无量纲数系统可以发射或接受光线。

与典型的多模纤维相比（Na≈0.22），相对大的柑橘型转盘光学台凳可以在光学台上引起相对高水平的杂散光。可以通过以简单且经济高效的方式展开光学台阶来减轻这个问题（图2）。

这使得可以将“光束块”插入光路中，显着减小杂散光，结果，系统中的光学噪声。虽然这个问题并不像在有很多信号和更高的量子效率的情况下损害NIR和可见区域，但在处理媒介到低光水平UV应用时，它肯定可以是一个问题。这使得展开的胫泡 - 特纳光谱仪适用于需要紧凑的外形尺寸的UV应用。

图2。展开胫骨 - 特纳谱仪

凹形全息

凹形全息图是第三个最常见的光学台阶，它基于像差校正凹形全息光栅（CHG）。这里，凹入光栅作为聚焦和分散元件，有助于减少所需的光学元件的数量。

结果，谱仪的效率和吞吐量都提高了，使其更加坚固和更高的吞吐量。全息光栅技术允许基于镜面的所有像差校正，球形Czerny-Turner光谱仪在单个波长，横跨宽波长范围的缓解良好。

图3。凹形全息光谱仪

与直纹光栅相比，全息光栅的杂散光减少了10倍以上，有助于减少不必要的光造成的干涉。直线发动机产生直线衍射光栅，它使用金刚石尖端工具在光栅基片(通常是涂有薄反射层的玻璃)上的涂层层上切割凹槽。

采用光刻技术来产生全息衍射光栅。这种方法利用全息干涉图样。直线衍射光栅，由于制造过程的性质，总是产生缺陷，这些缺陷可能包括表面不规则、周期误差和间距误差。

所有这些都有助于增加杂散光和重影（由周期性误差引起的假光谱线）。然而，不通过用于制造全息衍射光栅的光学技术产生间隔误差，周期性误差或表面不规则性。这意味着，全息光栅具有显着减少的杂散光（通常与裁定光栅相比，通常为5 - 10倍以下）并完全除去幽灵。

一般在槽密度较低的情况下使用直纹光栅，如槽密度小于1200 g/mm。当需要低杂散光、高槽密度和/或凹面光栅时，全息光栅是更好的选择。需要指出的是，凹面全息光栅的最大衍射效率通常为~35%，而平面直纹光栅的峰值效率为~80%。

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