(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202123367220.2 (22)申请日 2021.12.28 (73)专利权人 爱博能 （广州） 科 学技术有限公司 地址 510630 广东省广州市天河区广汕二 路602号惠诚大厦B座 403房 (72)发明人 宋承泽　 (74)专利代理 机构 深圳市赛恩倍吉知识产权代 理有限公司 4 4334 专利代理师 郝家欢 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)实用新型名称 串联光栅光谱仪 (57)摘要 本实用新型的一个方面的串 联光栅光谱仪， 其包括： 光源， 其为出射多色光的宽光谱光源； 狭 缝， 其包含特定形状的通孔， 并位于所述多色光 的主光线的位置； 第一凹面镜， 其将来自所述狭 缝的所述多色光设为平行光； 多个衍射光栅， 彼 此串联地设置在所述多色光的行进方向上的第 一凹面镜的所述平行光的出射侧， 所述平行光分 别在多个衍射光栅的每一个中发生色散， 任一个 衍射光栅的色散方向与沿着处于该任一个衍射 光栅的上游的衍射光栅色散后的光的色散方向 相交； 第二凹面镜， 将来自所述多个衍射光栅的 被色散的光会聚于光学探测器 。 权利要求书1页 说明书4页 附图6页 CN 217542855 U 2022.10.04 CN 217542855 U 1.一种串联光栅光谱仪， 其特征在于， 包括： 光源、 狭缝、 多个衍射光栅以及光学探测 器， 所述光源出射的光经由狭缝、 所述多个衍 射光栅入射到光学探测器上， 在光的行进方向上串联设置的所述多个衍射光栅中， 任一个衍射光栅色散后的光的色 散方向与最靠 近该衍射光栅的出光侧的衍 射光栅的色散方向相交。 2.根据权利要求1所述的串联光 栅光谱仪， 其特 征在于， 所述多个衍 射光栅的色散方向互不相同。 3.根据权利要求2所述的串联光 栅光谱仪， 其特 征在于， 多个衍射光栅包含第一衍射光栅和第二 衍射光栅， 第一衍射光栅的色散方向与第二 衍射光栅的色散方向正交。 4.根据权利要求3所述的串联光 栅光谱仪， 其特 征在于， 多个衍射光栅还包含第三衍射光栅， 依次沿着第一衍射光栅和第二衍射光栅色散后的光的色散方向与第三衍射光栅的色 散方向正交。 5.根据权利要求1至4中的任一项所述的串联光 栅光谱仪， 其特 征在于， 所述光源为出射多色光的宽光谱光源。 6.根据权利要求1至4中的任一项所述的串联光 栅光谱仪， 其特 征在于， 所述狭缝包 含通孔， 并位于所述 光源出射的光的主光线的位置 。 7.根据权利要求1至4中的任一项所述的串联光 栅光谱仪， 其特 征在于， 还 包括： 第一凹面镜， 其将光源经由狭缝出射的光准直成平行光并向多个衍射光栅中沿光的行 进方向最上游的衍 射光栅偏转。 8.根据权利要求7 所述的串联光 栅光谱仪， 其特 征在于， 还 包括： 第二凹面镜， 将依次经由所述多个衍 射光栅色散的光会聚于光学探测器。 9.根据权利要求8所述的串联光 栅光谱仪， 其特 征在于， 第一凹面镜和第 二凹面镜的每一个的反射表面上形成反射膜， 所述反射膜由包含高折 射率材料层和低折 射率材料层的层叠膜构成。 10.根据权利要求1至4中的任一项所述的串联光 栅光谱仪， 其特 征在于， 所述多个衍 射光栅为反射型光 栅， 其包含多条凹槽 。 11.根据权利要求1至4中的任一项所述的串联光 栅光谱仪， 其特 征在于， 所述多个衍 射光栅为透射型光 栅， 其包含多条狭缝。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 217542855 U 2串联光栅光谱仪 技术领域 [0001]本实用新型涉及串联光栅光谱仪， 尤其是涉及消除杂散光以及高阶衍射光以实现 高速成像、 高信噪比、 高分辨 率以及宽波长范围的光谱分析的串联光 栅光谱仪。 背景技术 [0002]光谱仪又称分光仪， 使用了光谱仪 的光谱测量技术被广泛应用在物质成分分析、 生物制药、 环境监测、 地质测量和军事侦察等多个方面。 现有的光谱仪大多采用Czerny ‑ Turner光谱仪的光路结构， 如图3所示， 由一个入射狭缝220、 两片 凹面反射镜231和232、 作 为色散元件的光栅24 1以及一个检测产生色散的光的图像传感器等的探测器250构成， 通过 优化光栅2 41和两片凹面反射镜231和232的不同偏转角度以实现最佳波长探测范围和分辨 率。 实用新型内容 [0003]但在Czerny ‑Turner的光路结构 中， 入射到多缝光栅的光会产生n衍射阶次的光， 当n>0(非零级)时， 会产生不同阶次光谱的重叠， 其中， 除一阶衍射光以外的高阶衍射(n>1) 光和一些杂散光在探测器中成为限制检测精度的因素， 例如， 高阶衍射和杂散光导致信噪 比低下(约 ‑20～‑25dB)。 [0004]在现有技术中通常使用带有特殊涂层的滤光片来去除高阶衍射光， 以获取高分辨 率， 从而提高检测精度。 通常如图4所示， 将上述那样的滤光片305设置在光接收元件306的 入光侧。 然而， 滤光片的效果取决于涂层的工艺， 制作滤光片也增加了生产成本， 另外， 经过 滤光片后的光的一部分被其吸收， 使到达探测器的光的强度被大幅降低， 对于一些感光高 度较小的探测器仅能收集到很小部分的信号光， 因而灵敏度 受到限制， 即需要较长时间才 能收集到足够强的信号， 不能满足高速成像的需求， 效率低下， 同时， 使用滤光片导致部分 一阶衍射光被损耗， 不能满足更高分辨率要求的光谱分析， 并且， 不适用于宽波长范围(例 如从紫外 到近红外波长的整体范围)的光谱分析。 [0005]本实用新型是鉴于上述问题而完成的， 其目的在于， 提供一种能够消除杂散光以 及高阶衍射光以实现高速成像、 高信噪比、 高分辨率以及宽波长范围的光谱分析 的串联光 栅光谱仪。 [0006]根据本实用新型的一个方面的串联光栅光谱仪， 其包括： 光源， 其为出射多色光的 宽光谱光源； 狭缝， 其包含特定形状的通孔， 并位于所述多色光的主光线的位置； 第一凹面 镜， 其将来自所述狭缝的所述多色光设为平行光； 多个衍射光栅， 彼此串联地设置在所述多 色光的行进方向上的第一凹面镜的所述平行光的出射侧， 所述平行光分别在多个衍射光栅 的每一个中发生色散， 任一个衍射光栅的色散方向与沿着处于该任一个衍射光栅的上游的 衍射光栅色散后的光的色散方向相交； 第二凹面镜， 将来自所述多个衍射光栅的被色散的 光会聚于光学探测器。 [0007]根据本实用新型的串联光栅光谱仪， 能够消除杂散光以及高阶衍射光以实现 高速说　明　书 1/4 页 3 CN 217542855 U 3