一種紫外光譜儀光譜分辨力的檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)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(shù)】
[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(biāo)光譜的譜線位置。普通的光譜儀不需要在真空下進(jìn)行測試，用單色儀提供 指定波長的光束就可W進(jìn)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(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)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(huán)境下才能進(jìn)行測試。普通 的單色儀采用平面光柵，要對紫外光譜儀進(jìn)行定標(biāo)和光譜測量，就需要采用?？诘墓饴啡?準(zhǔn)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(xué)鏡面，不論是反射 或是折射，都會對光強(qiáng)造成嚴(yán)重衰減。
[0003] 作為標(biāo)定基準(zhǔn)，檢測用光源的質(zhì)量必須高于被測紫外光譜儀的分辨力指標(biāo)要求， 還要能進(jìn)行量程范圍內(nèi)的波段覆蓋。采用對撞機(jī)技術(shù)雖然能夠同時滿足該兩項(xiàng)要求，但實(shí) 驗(yàn)系統(tǒng)的搭建與使用成本高昂。
[0004] 連續(xù)譜気燈經(jīng)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(zhì)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(fù)合紫外光，但其譜線波長 是一定的，數(shù)量也很有限。
[0006] 光學(xué)系統(tǒng)要求各光學(xué)器件間嚴(yán)格的相對位置，W及震動會對相對位置產(chǎn)生影響。 真空系統(tǒng)在真空環(huán)境的制備中，W及周圍環(huán)境會對光學(xué)系統(tǒng)造成影響。直接將光學(xué)器件與 真空艙連接，會造成成像的模糊，甚至相對位置關(guān)系發(fā)生變化，而無法進(jìn)行檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] (一）要解決的技術(shù)問題
[0008] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在紫外光傳播需真空環(huán)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(xù)性上不理想、光學(xué)檢測 易受震動影響的技術(shù)問題，本發(fā)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(shù)方案
[0010] 為了達(dá)成所述目的，本發(fā)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(xué)系統(tǒng)、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(tǒng)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(xué)器件和艙內(nèi)中繼光 學(xué)系統(tǒng)、被測紫外光譜儀的光學(xué)器件固定在相同的隔振臺基礎(chǔ)上；通過波紋管將支柱包裹 在真空艙內(nèi)，使真空艙內(nèi)形成真空環(huán)境；中繼光學(xué)系統(tǒng)、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(xué)系統(tǒng)和被測紫外光譜儀處于真空 環(huán)境中；其中：
[0011] 光源包括連續(xù)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(fù)合光；
[0012] 單色儀，用于接收復(fù)合光，生成并出射檢測紫外光譜儀所需單色光；
[0013] 中繼光學(xué)系統(tǒng)，用于將單色儀的焦比與被測紫外光譜儀的焦比進(jìn)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(diǎn)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(xué)器件包括球面光柵、狹縫、圖像采集器件；
[0015] 真空艙為真空環(huán)境時，當(dāng)被測紫外光譜儀、中繼光學(xué)系統(tǒng)和真空平移臺的結(jié)構(gòu)及 光路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形時，導(dǎo)致光路產(chǎn)生變化，從而會使會聚點(diǎn)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(diào)整真空平移臺使檢測會聚光的會聚點(diǎn)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(jīng)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(yīng)光譜坐標(biāo)位置形 成光譜圖像；通過連續(xù)譜光源和單色儀測量并得到光譜圖像的焦面線色散參數(shù)，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(jù)檢測會聚光波長、能量半高寬 與焦面線色散參數(shù)，計(jì)算得出被測紫外光譜儀分辨力。
[0017] 為了達(dá)成所述目的，本發(fā)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(jù)離散譜光源，在單色儀的光柵處放置光電探測器來標(biāo)定光柵轉(zhuǎn)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(jìn)行初步裝調(diào)，將中繼光 學(xué)系統(tǒng)的出射光束對準(zhǔn)被測紫外光譜儀的狹縫；
[0020] 步驟S3 ;關(guān)閉真空艙，用真空累抽氣，形成真空環(huán)境；
[0021] 步驟S4 ;利用0級光中的可見光，根據(jù)中繼光學(xué)系統(tǒng)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(jiān)視相機(jī)的監(jiān)測下調(diào)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(zhǔn)重合；
[0022] 步驟S5 ;使用連續(xù)譜光源，用0級光或測量范圍內(nèi)任意波長的單色光采集被測紫 外光譜儀的光譜圖像，根據(jù)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?qū)挾燃扒逦潭?，調(diào)整被測紫外光譜儀中的圖像采集器件的方向及位置，實(shí)現(xiàn)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(xù)譜光源時，通過反復(fù)調(diào)整單色儀光柵的轉(zhuǎn)動角度，使單色儀 出射每個轉(zhuǎn)動角度對應(yīng)波長的連續(xù)譜單色光，圖像采集器件采集并得到所述連續(xù)譜單色光 光譜對應(yīng)的光譜圖像；
[0024] 步驟S7 ;根據(jù)每個光譜圖像中譜線位置及其對應(yīng)的連續(xù)譜單色光波長之間的關(guān) 系計(jì)算并得到被測紫外光譜儀的焦面線色散參數(shù)；當(dāng)所述連續(xù)譜單色光的譜線寬度小于被 測紫外光譜儀的分辨率，則執(zhí)行步驟S10,當(dāng)所述連續(xù)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(zhí)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(jù)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(zhuǎn)動到離散譜線的波長值所 對應(yīng)的離散譜單色光進(jìn)行檢測時在圖像采集器件上獲得離散譜線的波長值對應(yīng)的離散譜 單色光的光譜圖像；當(dāng)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(xù)譜單色光的光譜圖像時，執(zhí)行步驟S6 ;當(dāng)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(xù)譜單色光的光譜圖像時，執(zhí)行步驟 S10 ；
[0027] 步驟S10 ;根據(jù)焦面線色散參數(shù)、光譜圖像及光譜圖像中譜線所對應(yīng)的波長值計(jì) 算紫外光譜儀的光譜分辨力。
[002引 （S)有益效果
[0029] 在本發(fā)明中，通過如下的技術(shù)解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題：
[0030] 光源采用離散譜光源（等離子光源或隸燈）與連續(xù)譜光源（気燈）相結(jié)合的方式， 既有能準(zhǔn)確提供譜線位置的光源，又有能連續(xù)提供光譜的光源，該樣避免了使用對撞機(jī)。
[0031] 為了解決光強(qiáng)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(tǒng)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(fā)光束的集束與色散 結(jié)合一起，在最少的反射次數(shù)下提供紫外光譜儀可用的測試用單色光。
[0032] 建立中繼光學(xué)系統(tǒng)，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(shè)。
[0033] 將所有元件，如單色儀、真空系統(tǒng)放置到一個剛性體（平臺與框架組成）上，進(jìn)行 整體隔振。維持真空系統(tǒng)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(nèi)，包含中繼光學(xué)系統(tǒng)和被測紫外光譜儀。它們應(yīng)處在同一剛性體 上。但由于真空環(huán)境制備過程中W及真空艙開關(guān)艙口前后所處的壓力、力學(xué)環(huán)境的變化，實(shí) 際結(jié)構(gòu)難W像理想剛體而真正實(shí)現(xiàn)不變形。因此在中繼光學(xué)系統(tǒng)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(shè)置調(diào)整環(huán)節(jié)，用來補(bǔ)償該一變化。
[0035] 因此在真空艙內(nèi)，設(shè)計(jì)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(xué)系統(tǒng)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(xué)系統(tǒng)的光路與被 測紫外光譜儀之間所設(shè)計(jì)的真空平移臺，作為調(diào)整環(huán)節(jié)，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(diǎn)位置之間相對位置的調(diào)整，一旦發(fā)生在制備真空前后的位置變 化，可w進(jìn)行微動調(diào)整，該調(diào)整在真空下進(jìn)行。
[0036]中繼光學(xué)系統(tǒng)的光路出射較大焦比的光束，中繼光學(xué)系統(tǒng)出射的檢測會聚光的會 聚點(diǎn)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(jiān)視相機(jī)監(jiān)視被測 紫外光譜儀入射端狹縫上的光斑，通過光斑