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【安捷伦】“胖五”冲天了,有一项用在航天领域的超牛技术你可能还不了解!

安捷伦发布时间:2019/12/31 14:01 点击: 加载中..

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高精度光学元件广泛用于航天领域

12 月 27 日,长征五号遥三运载火箭在文昌航天发射场发射升空,标志着我国航天技术再上新的台阶。

航天及空间观测领域是“高、精、尖”光学技术应用最为广泛、深入的领域。遥感技术、激光技术、空间望远镜等技术或设备对高精度光学元件有着旺盛的需求,传统研磨或抛光技术很难满足高精度光学元件的制作要求,而磁流变抛光技术(MRF)很好地解决了这一需求。

MRF 技术被认为是近年来光学加工领域创新技术之一,通常通过数控技术,利用磁场控制含有磁性颗粒的研磨粉浆,对光学元件进行精密抛光处理,达到更高的加工精度及光学元件表面质量。

图 1. 磁流变抛光技术示意图

航天技术转民用

如今,这种先进的抛光技术应用到了 5800/5900 ICP-OES 自由曲面光学系统(FreeForm)的制作过程中。采用先进的磁流变抛光技术,经过 37 道工序加工制作而成了的自由曲面准直镜,加工精度达到了纳米级别,独一无二的曲面大大提升了 ICP-OES 的检测性能。

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图 2. ICP-OES 中的准直镜

ICP-OES 中的准直镜起着非常关键的作用:来自于狭缝的点光源非平行光,准直镜的作用就是将其反射并准直为平行光,最终到达光栅分光。如果没有来自准直镜的平行光线,光栅无法准确地进行波长分光。

图3. 准直镜的工作原理示意图

每一波长的光进入光学系统,都会有微小的路径差异。因此,每一波长的光都需要独特的准直镜角度才可获得准确的聚焦。如果仅仅采用单一曲面的聚焦镜来同时反射光源光线,就会产生像差,从而导致分辨率差、峰形差以及检出限差等一系列偏差。每一波长的光经过光栅和棱镜组件的色散后,会产生一定的偏移,并反射到聚焦镜的不同区域。

神奇的 FreeForm

5800/5900 ICP-OES 系统的核心创新点 “FreeForm”,其特殊的表面曲率极大程度上消除了像散和聚焦的边缘效应,获得更低检出限,以及更卓越的分辨率。

高精度的表面设计及精确控制的加工技术,让自由曲面最佳地匹配每一波长所需的准直形状。其反射到聚焦镜的光学影像并不是仅仅是中心聚焦,而是可根据不同波段的需求,更加准确地聚焦到检测器,从而消除了像散等边缘效应。


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图 4. 自由曲面准直镜与最佳拟合球面半径的偏差低至 2.5 nm

由于肉眼无法看到曲率,这面镜子看起来就像球面镜,但是其中微小的变化对多色仪的性能产生了巨大的影响。

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图 5. 有 FreeForm(左)和无 FreeForm(右)的效果对比

  下一代 ICP-OES 性能提升的奥秘

所有的多色仪都有光学像散以及检测器边缘效应的问题,但是 FreeForm 极大地消除了这种情况。通过 FreeFrom 准直镜,光线集中在更小的区域,从而提高了分辨率,改善了检出限,让光室进一步小型化,也令 ICP-OES 技术发展到了新的高度。

图 6. Agilent 5800 ICP-OES 系统

推荐阅读:

1. Agilent 5800 ICP-OES 仪器

    https://www.agilent.com/zh-cn/products/icp-oes/icp-oes-instruments/5800-icp-oes-instrument

2. 璀璀璨星空,飞天逐梦 —— 安捷伦 ICP-OES 助力航天材料测试标准

   https://www.agilent.com/zh-cn/icp-oes

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