[其他]變束棱鏡色散放大分光系統

無效

• 申請號: 85109457
• 申請日: 1985-12-31
• 公開（公告）號: CN1003253B
• 公開（公告）日: 1989-02-08
• 發明（設計）人: 張國威
• 申請（專利權）人: 北京工業學院
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

變束棱鏡色散放大分光法，是一種提高光譜儀分辨率的有效方法，區別于傳統的通用分光棱鏡法。其特點是采用變束棱鏡組（由２～１０塊棱鏡組成，其頂角為２０°≤Ａｉ≤４５°，束寬比Ｍ＝Ｄ_１／ｄ_Ｎ≥３），以小角（｜φｉ｜≤２５°）入射，大角出射的方式工作。應用這種方法制造的光譜儀，其分辨率可提高十幾倍，甚至幾十倍。由于其具有分辨率高、易加工、省材料、結構簡單、成本較低等優點，故適用于一切光學儀器的分光系統中。

變束棱鏡色散放大分光，能使棱鏡光譜儀的分辨率提高十倍以上，適用于包括攝譜儀、分光光度計、單色儀等各種棱鏡光譜儀器和光學多通道分析儀等各種光譜分析儀器的分光系統以及一切按小角入射、大角出射方式工作的棱鏡色散系統中。高分辨率光譜儀是一種有著廣泛用途的精密光學儀器，可供研究部門、高等學校及有關工廠使用。

附圖中：圖1和圖2屬于通用分光棱鏡系統，圖3、圖4、圖5、圖6屬于變束棱鏡系統。

圖1 通用分光棱鏡，以最小偏向角工作的光路圖

圖2 變形的通用分光棱鏡對比舉例

（a）立特洛棱鏡（自準直棱鏡）

（b）云格-托龍棱鏡對

圖3 變束色散棱鏡，以小角入射工作的光路圖

圖4 單變束棱鏡光譜儀工作原理圖

圖5 雙變束棱鏡光譜儀工作原理圖

圖6 五變束棱鏡光譜儀工作原理圖

現有棱鏡光譜儀的核心部件-色散棱鏡，都采用等腰棱鏡或等邊棱鏡（見圖1），其棱鏡頂角A_０≈60°，光通過棱鏡時，其出射角ψ′_０與入射角φ_０近似相等，即工作于最小偏向角ε_min狀態。其特點是：出射光的光束寬度d_０和光束發散角Δψ′_０與入射光的光束寬度D_０和發散角△φ_０近似相等，即d_０≈D_０，Δψ′_０≈Δφ_０（發散角圖中未標出），因此，我們可稱它為“準等束工作的色散棱鏡”，或簡稱“等束棱鏡”，即通用分光棱鏡。

三百多年來，我們所見到的棱鏡光譜儀，均采用這種“等束棱鏡”，以及它的變形型式，如立特洛棱鏡（圖2a）和云格-托龍棱鏡對（圖2b）等等。但由于都仍按照最小偏向角工作原則設計的，因此，它們的色散值與正常通用分光棱鏡的色散值仍完全相同，其分辨率也差別不大。

現有棱鏡光譜儀與光柵光譜儀比較，其色散和分辨率都約低1～2個數量級。中型的單棱鏡光譜儀其分辨率一般都小于10^４，雙棱鏡的也小于3×10^４，除特大、特多棱鏡組成的光譜儀外，棱鏡光譜儀一般不屬高分辨率光譜儀。

發明人在1983年10光學學報第三卷第七期上發表的“染料激光腔內雙擴束棱鏡系統的特性”一文中，報道了對一種擴束棱鏡系統的角色散理論公式，這種棱鏡以大入射角，小出射角的方式工作，用于獲得窄帶激光束，由于其出射光束與入射光束之間，光束寬度d_１＜＜D_１，光束發散角Δψ′_１＞＞△φ_１，因此，我們稱它為“變束棱鏡”。

本發明的目的，是使這種“變束棱鏡”系統，采用小角入射、大角出射的方式工作，利用在這種工作狀態下存在的角色散放大作用，應用到色散分光系統中，來大幅度地提高棱鏡光譜儀（包括各種分光系統）的角色散和分辨率。

本發明的工作原理如圖4所示：〔1〕為入射狹縫，〔2〕為出射狹縫，〔3〕為準光物鏡，〔4〕為成象物鏡，〔5〕為變束棱鏡。自狹縫〔1〕入射的光，經準光物鏡〔3〕后，成為光束寬度為D_１的平行光，投射到棱鏡〔5〕的入射表面A_１B_１上，光通過棱鏡經兩次折射后，由出射表面A_１C_１出射的光束寬度變為