一种高速宽带可见光光谱仪

本技术涉及测量仪器，特别是涉及一种高速宽带可见光光谱仪。

背景技术：

1、光谱仪是分析光波长和光强度的仪器，同时是托卡马克装置中进行等离子体诊断的重要设备，其主要原理是通过测量等离子体辐射出的光得到关键物理信息：(1)不同谱线对应不同的能级之间跃迁，通过测量这些谱线的发射强度或者吸收强度来获取电子温度密度参数；(2)通过测量谱线的多普勒展宽和频移，来得到杂质离子的温度和速度；(3)stark效应或自吸收效应会导致等离子体中原子辐射谱线的形状和强度发生变化，利用这些效应测量等离子体中的电子密度；(4)不同的谱线具有独特的光谱特征，可以通过观察和分析各种谱线的波长和强度监测等离子体中的杂质离子种类；(5)通过测量等离子体谱线中的波长和强度分布研究和推断等离子体中电子能级和不同离子相对激发态的分布。

2、用于观测等离子体参数的传统光谱仪主要由入射狭缝、准直镜、滤光片、光栅、聚焦镜以及连接聚焦镜的ccd探测器构成。按照光路顺序，光由光纤导入到入射狭缝，经过准直镜后照射到衍射光栅表面，经光栅衍射后进入聚焦镜，最终聚焦到ccd探测器，将光信号转换成电信号。

3、传统光谱仪系统主要存在的问题在于其测量波长范围较窄以及采样速率偏低。首先，一般光谱仪受限于有限的ccd尺寸，能观测到的光谱范围有限，能同时测量的杂质种类和杂质电离态较少；另一方面，受限于采样速率，一般光谱仪的采样率在百赫兹的量级，远不及离子温度涨落对约束的影响、内部输运垒的形成以及l-h转换等非线性过程中的物理机制研究的测量需求，至少需要几十千赫兹的采样率。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种高速宽带可见光光谱仪，以解决光谱仪观测波长范围和采样速率不足的问题，实现高分辨宽光谱观测的同时提高采样速率。

2、本申请的目的是通过如下技术方案实现的：

3、一种高速宽带可见光光谱仪，包括：入射镜头、光栅、转台、聚焦镜头和探测器，所述入射镜头通过光纤导入光，所述入射镜头对准所述光栅，所述光栅安装于所述转台上并能够在所述转台的带动下转动，所述聚焦镜头的一端对准所述光栅，所述聚焦镜头的另一端对准所述探测器的探测面。

4、本申请的一些实施例中，还包括底座，所述入射镜头、所述转台、所述聚焦镜头和所述探测器均安装于所述底座上。

5、本申请的一些实施例中，还包括外壳，所述外壳安装于所述底座上，所述外壳的内部限定出安装空间，所述光栅和所述转台均设于所述安装空间内，所述入射镜头的出光口伸入所述外壳内，所述聚焦镜头的进光口伸入所述外壳内。

6、本申请的一些实施例中，还包括第一支架，所述第一支架安装于所述底座，所述入射镜头安装于所述第一支架。

7、本申请的一些实施例中，还包括第二支架，所述第二支架安装于所述底座，所述聚焦镜头安装于所述第二支架。

8、本申请的一些实施例中，还包括第三支架，所述第三支架安装于所述底座，所述探测器安装于所述第三支架。

9、本申请的一些实施例中，所述光栅的刻痕数为300或600或1200等不同刻线规格的反射式光栅。

10、本申请的一些实施例中，所述转台的精度好于0.1度，且所述转台能够相对竖直方向360°转动。

11、本申请的一些实施例中，所述聚焦镜头为不同规格的定焦镜头。

12、本申请的一些实施例中，所述探测器为线阵coms探测器或ccd探测器、面阵cmos探测器或ccd探测器。

13、本申请的高速宽带可见光光谱仪，光通过一根光纤导入进入射镜头照射到光栅表面，经光栅衍射后通过聚焦镜头聚焦到探测器上，并由探测器实现光电信号转换，这种基于线阵处理的光谱仪技术相比于传统谱仪，其可同步观测的谱线范围更广，采样速率更高，兼顾宽带和高分辨率，实现了多杂质多电离态光谱的同步高速观测。即：

14、1.宽带光谱：更大的波长测量范围为多个电离态杂质离子浓度演化的同时测量提供诊断基础；

15、2.高采样率：提供更多更关键的杂质离子密度、速度、温度的快速演化行为的信息。

技术特征：

1.一种高速宽带可见光光谱仪，其特征在于，包括：入射镜头、光栅、转台、聚焦镜头和探测器，所述入射镜头通过光纤导入光，所述入射镜头对准所述光栅，所述光栅安装于所述转台上并能够在所述转台的带动下转动，所述聚焦镜头的一端对准所述光栅，所述聚焦镜头的另一端对准所述探测器的探测面。

2.根据权利要求1所述的高速宽带可见光光谱仪，其特征在于，还包括底座，所述入射镜头、所述转台、所述聚焦镜头和所述探测器均安装于所述底座上。

3.根据权利要求2所述的高速宽带可见光光谱仪，其特征在于，还包括外壳，所述外壳安装于所述底座上，所述外壳的内部限定出安装空间，所述光栅和所述转台均设于所述安装空间内，所述入射镜头的出光口伸入所述外壳内，所述聚焦镜头的进光口伸入所述外壳内。

4.根据权利要求2所述的高速宽带可见光光谱仪，其特征在于，还包括第一支架，所述第一支架安装于所述底座，所述入射镜头安装于所述第一支架。

5.根据权利要求2所述的高速宽带可见光光谱仪，其特征在于，还包括第二支架，所述第二支架安装于所述底座，所述聚焦镜头安装于所述第二支架。

6.根据权利要求2所述的高速宽带可见光光谱仪，其特征在于，还包括第三支架，所述第三支架安装于所述底座，所述探测器安装于所述第三支架。

7.根据权利要求1所述的高速宽带可见光光谱仪，其特征在于，所述光栅的刻痕数为300或600或1200等不同刻线规格的反射式光栅。

8.根据权利要求1所述的高速宽带可见光光谱仪，其特征在于，所述转台的精度好于0.1度，且所述转台能够相对竖直方向360°转动。

9.根据权利要求1所述的高速宽带可见光光谱仪，其特征在于，所述聚焦镜头为不同规格的定焦镜头。

10.根据权利要求1所述的高速宽带可见光光谱仪，其特征在于，所述探测器为线阵coms探测器或ccd探测器、面阵cmos探测器或ccd探测器。

技术总结本技术涉及测量仪器技术领域，公开了一种高速宽带可见光光谱仪，包括入射镜头、光栅、转台、聚焦镜头和探测器，入射镜头通过光纤导入光，入射镜头对准光栅，光栅安装于转台上并能够在转台的带动下转动，聚焦镜头的一端对准光栅，聚焦镜头的另一端对准探测器的探测面。本技术的有益效果为：可同步观测的谱线范围更广，采样速率更高，兼顾宽带和高分辨率，实现了一根光纤多杂质同步高速观测，同时实现宽光谱和高采样率，即更大的波长测量范围为多个电离态杂质离子浓度演化的同时测量提供诊断基础，以及提供多杂质离子密度、速度、温度的快速演化行为的信息。技术研发人员：符佳,袁泓,尹相辉,吕波,王福地,张洪明受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院技术研发日：20240116技术公布日：2024/7/25