紫外可见近红外双光源共光轴设计

设计，利用氘灯中心的小孔将氘灯、卤钨灯耦合在同一水平光轴上。在不移动光学器件的情况下，实现了紫外、可见、近红外光的共光轴输出，从而保证光路结构的稳定性，使得调试工作更加方便。

关键词：背透式氘灯；卤钨灯；双光源共光轴；宽光谱

中图分类号：TH744.12 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.015

氘灯和卤钨灯是光谱分析的常用光源，氘灯发出的光束能量主要集中在波长200～400 nm之间，卤钨灯光束能量主要集中在波长400～1 100 nm之间，氘灯与卤钨灯的组合光源也被广泛应用于紫外-可见分光光度计中。其光路结构通常是利用步进电机控制氘灯、卤钨灯的移动，或者利用光源反射镜或平面镜切换光源。当氘灯和卤钨灯发出的光无法同时进入测试光路中时，光源切换会导致结构不稳定，使得调试过程烦琐，从而增加了光源切换系统的测量误差。本文提出一种基于背透式氘灯、卤钨灯的双光源共光轴设计，在不移动光学器件的前提下实现紫外可见近红外宽谱光源的输出。

1 光路组成

紫外可见近红外宽谱光源的光学系统主要是由球面反射镜、背透式氘灯、双胶合透镜和卤钨灯等组成的，如图1所示。其中，背透式氘灯中心具有透光小孔，其背后的光在一定角度内可以完全透过氘灯而不被氘灯阻挡。卤钨灯位于球面反射镜的焦点处，此焦点也是双胶合透镜的物方焦点，背透式氘灯中心有直径为2 mm的透射孔，氘灯发出的光能量大部分集中在以中间透射孔为中心、发散角为20°的范围内。将背透式氘灯置于双胶合透镜的像方焦点处，卤钨灯光束经过双胶合透镜会聚在氘灯透射孔处，与氘灯光束共同由双胶合透镜会聚、输出并耦合进光纤。

图1 双光源共光轴系统图

采用ZEMAX实现对光路的仿真，卤钨灯发光面积很小，是0.26 mm高的光源。将光阑面设置在球面反射镜面，光阑直径为5 mm，采用透镜模拟氘灯透光孔，其直径为2 mm，长度为5 mm。

采用354 nm、588 nm、656 nm和850 nm4个波长的光模拟光路，加入-0.25和0.25两个离轴点进行观察，由此得到了其点列图和光斑能量分布图，如图2所示。

2 结论

从光线点列图中可以看出，其出射最大视场处几何光斑（GEO）的半径小于40 μm；从光斑能量分布图中可以看出，90%的光能集中在30 μm以内。因此，本文提出的基于背透式氘灯的双光源共光轴装置是将氘灯、卤钨灯耦合在同一条水平

光轴上，整个光路长176 mm，体积比较小，便于集成到测试仪器中，并且结构稳定，无需移动光学器件就可以实现紫外、可见、近红外光的宽光谱范围输出，这在紫外近红外光谱分析技术中具有重要的实用价值。

（a）光线点列图

（b）光斑几何能量分布图

图2 光线点列图和光斑几何能量分布图

参考文献

[1]杨照金，范纪红，王雷.现代光学计量与测试[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[2]谢华锋，徐小力，王小川.分光光度计系统集成化设计及研究[J].计算机测量与控制，2006，14（1）：134-135.

[3]郁道银，谈恒英.工程光学[M].北京：机械工业出版社，2011.

〔编辑：白洁〕