第32卷：第8期 2012年8月
谱学与光谱分析光
Spectroscopy and Spectral Analysis
高分辨率中阶梯光栅光谱仪精确装调与标定陈少杰12，崔继承1.2，刘玉娟1.2，巴音贺希格，唐玉国1
1中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033 2.中国科学院研究生院，北京100049
Vol. 32,No. 8,pp2280-2285
August，2012
摘要中阶梯光栅光谱仪是一种高分辨率、高精度新型光谱仪器，其分辨率可达到几万至几十万，结构参数的微小偏差严重影响着其分辨率和波长标定精度，所以精确的装调方法是保证中阶梯光掘光谱仪性能指标的重要环节之一。针对中阶梯光栅光谱仪的结构特点，对中阶梯光橱栅光谱仪精确装调方法进行了研究。该方法简便、快捷，适用于小体积、对闭式结构设计的中阶梯光栅光谱仪，通过该方法的装调，使中阶梯光栅光谐仪工作状态与设计结果一致。给出了最终波长标定结果，其波长标定误差小于0.002nm，满足系统性能要求。
关键调中阶梯光栅光谱仪；中阶梯光栅；离轴抛物镜；波长标定
中图分类号：TH744.1
引言
文献标识码：A
DOI; 10. 3964/j. issn. 10000593(2012)08-2280-06
分布[。因此，为了使系统能够工作在最佳状态，必须对中阶梯光栅的入射角、偏置角，校镜的入射角、俯仰等进行精确的调节与定位。目前，国内外对于高精度光学仪器的装调
中阶梯光栅光谱仪采用中阶梯光栅作为主色散元件，经校镜横向色散后，在像面上形成二维重叠光谱，该结构形式使中阶梯光栅光谱仪同时实现了高分辨率、宽波段的瞬态测量，目前、中阶梯光栅光谱仪已在石油、化工、冶金、生物医学等领域有着十分广泛的应用(")。一般的中阶梯光概光谱仪波段范围为200～900nm，光谱分辨率可达20000，经精确标定后，中阶梯光光谱仪波长标定精度可达0.01nm。精确装调是保证中阶梯光栅光谱仪高分辨率与波长准确性的重要环节之一，只有精确装调才能保证其结构参数与设计参数尽可能的接近，使像面的成像质量达到最佳状态，实现像面的一致性与全波段的高分辨率，
由于中阶梯光橱光谱仪经交叉色微后在面阵CCD上成像，像面较大，为了保证整个像面成像质量的一致性，光学设计中采用离轴抛物镜作为系统的准直镜与成像镜"。通过计算仿真，得知在系统的成像质量中对两片离轴抛物镜引人的误差非常敏感。排除离轴抛物镜的加工误差后，其误差主要来源于位置误差、角度误差、俯仰误差，以及滚转误差，以上误差均属于安装误差。采用精确的装调方法，可以有效的减小各种误差，使成像质量尽可能的接近设计结果，在系统中，主色散元件-中阶梯光栅与横向色散元件-校镜，不仅给系统引进像收，同时其使用状态直接影响系统的二维光谱
收稿日期：2011-12-07，修订日期：2012-02-28
方法较多，但对于中阶梯光栅光谱仪的精确装调方法的讨论并不多见。同时，由于中阶梯光栅光谱仪光学性质的特殊性，其装调方法需要针对其结构进行设计$。大多数装调方法都需要配合使用多个专业的辅助装调设备，装调过程较为紫项，判读环节较多，对装调者的经验依赖较大，由于中阶梯光栅光谱仪结构较小围，并且考虑到紫外波段的应用，大多数中阶梯光栅光诺仪均采用封闭式结构设计，这使得辅助装调设备的使用受到了严重的限制。
通过对系统的光学特性进行分析，基于中阶梯光栅光谱仪二维谱图还原与标定的算法与仿真结果，提出了一种简单有效的中阶梯光提光谱仪精确装调方法，判读指标明确，能够对封闭结构中离轴揽物镜使用状态进行精确调节，并对中阶梯光栅与梭镜进行精确定位，使二维光谱成像结果与设计结果一致，
光学系统成像质量分析
中阶梯光栅光谱仪分光系统结构示意图如图1所示。光源经显微系统案焦在人射针孔，经离轴抛物镜准直后人射到中阶梯光栅进行主色散，然后人射到棱镜进行横向色散，交叉色散后经离轴抛物镜成像在CCD的像面上。
基金项目：国家自然科学基金项目(61108032)和吉林省科技支撑计划项目(20106011)资助
作者简介：陈少杰，女，1985年生，中国科学院长春光学精密机与物理研究所助理研究员万方数据
e-mail; shaojie. csj@gmail com