專(zhuān)利名稱(chēng)：消除時(shí)間彌散的光柵單色儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中，涉及應(yīng)用于瞬態(tài)光學(xué)和超快速光譜學(xué)的一種消除時(shí)間彌散的單色儀。
背景技術(shù)：
在瞬態(tài)光學(xué)、超快速光譜中，經(jīng)常需要從光的能量和時(shí)間特性?xún)蓚€(gè)方面研究光場(chǎng)。在光譜能量分辨基礎(chǔ)上進(jìn)行光譜時(shí)間高分辨研究，是研究微觀體系動(dòng)力學(xué)過(guò)程，探索微觀作用機(jī)制與宏觀性質(zhì)內(nèi)在聯(lián)系的主要方法。
光強(qiáng)隨波長(zhǎng)的變化。主要技術(shù)指標(biāo)是色散率，分辨本領(lǐng)，聚光本領(lǐng)，進(jìn)行光譜能量分辨的主要光學(xué)設(shè)備是單色儀，分解被測(cè)光，得到而不考慮光子渡越時(shí)產(chǎn)生時(shí)間彌散大小。
單色儀時(shí)間彌散如圖1入射狹縫1-3，出射狹縫1-5，入射光脈沖1-9，出射光脈沖1-11，光柵a，入射凹面鏡b，出射凹面鏡c。
光譜時(shí)間分辨主要是觀察光譜隨時(shí)間變化。問(wèn)題在于當(dāng)光子進(jìn)入單色儀入射狹縫，并從單色儀出射狹縫射出需要渡越時(shí)間，在單色儀通光孔徑中不同路徑其光程不同，由于光速是一定的，則不同路徑光子渡越時(shí)間不同，光子渡越時(shí)間出現(xiàn)彌散，光傳播中波面發(fā)生變化，從而使入射短脈沖光經(jīng)過(guò)單色儀到出射狹縫時(shí)已被展寬。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表明，這一時(shí)間彌散在幾十到幾百皮秒，嚴(yán)重改變被測(cè)光的時(shí)間特性。例如用條紋相機(jī)做瞬態(tài)光學(xué)信號(hào)測(cè)量，若選擇條紋相機(jī)的時(shí)間分辨率為2PS時(shí)，而使用單色儀做光譜分辨時(shí)，幾個(gè)皮秒的被測(cè)光脈沖通過(guò)單色儀將被展寬數(shù)十至數(shù)百皮秒，使得測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重失實(shí)。
本實(shí)用新型的詳細(xì)內(nèi)容為了解決背景技術(shù)嚴(yán)重改變被測(cè)光脈沖的時(shí)間特性問(wèn)題，本實(shí)用新型是提供一種既適于光譜能量分辨，又適于光譜時(shí)間分辨的單色儀，利用光程補(bǔ)償消除單色儀時(shí)間彌散。
單色儀通光孔徑中不同光線的光程差是由于入射凹面鏡和出射凹面鏡的傾斜，光柵的偏轉(zhuǎn)和掃描等因素引起，這個(gè)光程差隨光柵掃描而變化。光程不能抵消相減，本實(shí)用新型利用補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟ_(dá)到平衡，使光程差趨于最小，從而消除時(shí)間彌散。
本實(shí)用新型如圖2包括入射狹縫3-3、出射狹縫3-5、光柵A、入射凹面鏡B、階梯凹面鏡C。在外殼體3-1上安置入射狹縫3-3和出射狹縫3-5，入射凹面鏡B的工作面與入射狹縫3-3呈一定的角度放置，入射凹面鏡B的工作面與光柵A工作面相對(duì)放置，使入射凹面鏡B的反射光始終照射并位于光柵A的工作面上，階梯凹面鏡C的工作面與光柵A工作面相對(duì)放置，使入光柵A衍射的單色光始終照射并位于階梯凹面鏡C的工作面上，出射狹縫3-5與階梯凹面鏡C的工作面相對(duì)放置，使光柵A衍射的單色光被階梯凹面鏡C會(huì)聚并通過(guò)出射狹縫3-5輸出單色光。
階梯凹面鏡C采用若干塊玻璃滑塊組成，在它們的端面研磨凹面鏡，滑塊的邊棱與光柵A衍射的單色光線方向一致時(shí)，階梯凹面鏡的光軸通過(guò)出射狹縫，滑塊的隨動(dòng)應(yīng)使各光線從入射狹縫3-3到出射狹縫3-5的光程均相等。
本實(shí)用新型工作時(shí)入射光脈沖3-9的入射光子群進(jìn)入入射狹縫，入射光子群經(jīng)由不同路徑、渡越不同光程，使光子群在時(shí)間上拉開(kāi)間隔，形成有順序排列的光子群即被展寬的光脈沖；利用階梯凹面鏡使光子群的各光子光程分別受到不同大小的補(bǔ)償，從而使各光子從入射狹縫到出射狹縫的總光程基本相等，從而使出射光子群基本恢復(fù)到入射光子群的時(shí)間一致性，利用階梯凹面鏡補(bǔ)償后的出射光脈沖3-11恢復(fù)到入射光脈沖的波形，并且使出射狹縫輸出單色光。
采用本實(shí)用新型的階梯凹面鏡解決了背景技術(shù)嚴(yán)重改變被測(cè)光脈沖時(shí)間特性的問(wèn)題，消除了單色儀的時(shí)間彌散，或把其時(shí)間彌散降低到能接受的程度，從而使單色儀既適于光譜能量分辨，又適于光譜時(shí)間分辨。本實(shí)用新型的方法在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料和信息科學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)中均有廣泛的應(yīng)用，如原子分子，團(tuán)簇，低維結(jié)構(gòu)，化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，光功能材料和器件，電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，光合作用吸能、傳能和轉(zhuǎn)能，藥物鑒別，免疫分析等技術(shù)領(lǐng)域。


圖1為背景技術(shù)單色儀時(shí)間彌散示意圖圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例消除時(shí)間彌散單色儀結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖2所示包括本實(shí)用新型采用隨動(dòng)階梯凹面鏡補(bǔ)償式消除時(shí)間彌散單色儀，外殼體3-1采用鑄鋁制成。入射狹縫3-3、出射狹縫3-5均采用普通狹縫。光柵A采用反射式衍射光柵。入射凹面鏡B采用普通的凹面鏡。采用隨動(dòng)階梯凹面鏡C，要實(shí)現(xiàn)階梯凹面鏡各區(qū)域的時(shí)間彌散的不累加，這就要求各區(qū)域的對(duì)應(yīng)點(diǎn)不存在光程差；要實(shí)現(xiàn)光柵A掃描過(guò)程中的補(bǔ)償，這又要求階梯凹面鏡各區(qū)域與光柵A掃描隨動(dòng)。
階梯凹面鏡C是采用分區(qū)域補(bǔ)償，使單個(gè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的時(shí)間彌散不超過(guò)10PS，在出射狹縫處的光強(qiáng)為各分區(qū)的光強(qiáng)迭加，時(shí)間彌散等于單個(gè)區(qū)域的時(shí)間彌散，而不是各區(qū)域的時(shí)間彌散的累加，使時(shí)間彌散降低到能接受的程度。
階梯凹面鏡C的制作階梯凹面鏡采用若干塊玻璃滑塊組成，階梯凹面鏡采用若干塊3mm厚的K9玻璃滑塊組成，在它們的端面研磨成凹面鏡。階梯凹面鏡面形與圖1中的出射凹面鏡c相同，階梯凹面鏡的光軸方向與滑塊的邊棱的關(guān)系是當(dāng)滑塊的邊棱與圖2中的光柵A衍射的單色光線方向一致時(shí)，該階梯凹面鏡的光軸通過(guò)出射狹縫，滑塊隨光柵A的移動(dòng)應(yīng)使時(shí)間彌散最小。
權(quán)利要求1.消除時(shí)間彌散的光柵單色儀包括入射狹縫3-3、出射狹縫3-5、光柵A、入射凹面鏡B，在外殼體3-1上安置入射狹縫3-3和出射狹縫3-5，入射凹面鏡B的工作面與入射狹縫3-3呈一定的角度放置，入射凹面鏡B的工作面與光柵A工作面相對(duì)放置，使入射凹面鏡B的反射光始終照射并位于光柵A的工作面上，其特征在于還包括階梯凹面鏡C，階梯凹面鏡C的工作面與光柵A工作面相對(duì)放置，使入光柵A衍射的單色光始終照射并位于階梯凹面鏡C的工作面上，出射狹縫3-5與階梯凹面鏡C的工作面相對(duì)放置，使光柵A衍射的單色光被階梯凹面鏡C會(huì)聚并通過(guò)出射狹縫3-5輸出單色光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述消除時(shí)間彌散的光柵單色儀，其特征在于階梯凹面鏡C采用若干塊玻璃滑塊組成，在它們的端面研磨凹面鏡，滑塊的邊棱與光柵A衍射的單色光線方向一致時(shí)，階梯凹面鏡的光軸通過(guò)出射狹縫，滑塊的隨動(dòng)應(yīng)使各光線從入射狹縫3-3到出射狹縫3-5的光程均相等。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及應(yīng)用于瞬態(tài)光學(xué)和超快速光譜學(xué)中，是消除時(shí)間彌散的單色儀包括入射狹縫3－3、出射狹縫3－5、光柵A、入射凹面鏡B、階梯凹面鏡C。采用本實(shí)用新型的階梯凹面鏡解決了背景技術(shù)嚴(yán)重改變被測(cè)光脈沖時(shí)間特性的問(wèn)題，消除了單色儀的時(shí)間彌散，或把其時(shí)間彌散降低到能接受的程度，從而使單色儀既適于光譜能量分辨，又適于光譜時(shí)間分辨。本實(shí)用新型在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料和信息科學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)中均有廣泛的應(yīng)用，如原子分子，團(tuán)簇，低維結(jié)構(gòu)，化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，光功能材料和器件，電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，光合作用吸能、傳能和轉(zhuǎn)能，藥物鑒別，免疫分析等技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01J3/12GK2581957SQ02251070
公開(kāi)日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2002年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月5日
發(fā)明者林久令, 張秀峰, 王彩霞, 韓柄東, 孫宏海, 高長(zhǎng)艷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所