產品列表
PROUCTS LIST
光路設計是微型光譜儀的重要組成部分
點擊次數：2170 時間：2021-08-20
由于光譜儀的尺寸限制，微型光譜儀在滿足一定光譜范圍時，其分辨力往往難以小于0.1nm。而一些特殊應用場合要求光譜儀不僅具有微小的尺寸，還要求具有*的光譜分辨力。本文基于光學設計軟件，通過選擇合適的初始結構參數與評價函數，自動優化準直鏡、聚焦鏡、柱透鏡、光柵，以及CCD間傾角和距離，設計出光譜分辨力高達0.05nm，尺寸為90mm×130mm×40mm的結構微型光譜儀。在此基礎上優化出8個光柵傾斜角度，使微型光譜儀光譜分辨力在優于0.05nm的同時，波段范圍達到了820nm980nm。所設計的光譜儀具有超高的光譜分辨力、微小的外形尺寸與適中的光譜范圍等特點。
光(guang)(guang)(guang)路設計是微型(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)儀(yi)的(de)(de)重要組成(cheng)部分(fen)，光(guang)(guang)(guang)譜(pu)分(fen)辨能力直(zhi)接影響了微型(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)儀(yi)測(ce)量系統的(de)(de)性能。目前，平(ping)面(mian)(mian)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)儀(yi)絕大多數采用Czerny-Turner光(guang)(guang)(guang)路結構，其(qi)根本原因，首先(xian)在于此(ci)結構安排緊湊、體積小、成(cheng)本低(di)，其(qi)次在于該(gai)結構簡單、光(guang)(guang)(guang)路對稱且和(he)譜(pu)面(mian)(mian)基本平(ping)直(zhi)。另外，此(ci)結構的(de)(de)像質隨(sui)離開(kai)中(zhong)心距離增大而變壞(huai)的(de)(de)速(su)度(du)較其(qi)他反射(she)(she)成(cheng)像結構要慢得多，因此(ci)能保證獲得滿意像質的(de)(de)較寬光(guang)(guang)(guang)譜(pu)[12]。該(gai)結構是由狹縫、球(qiu)(qiu)面(mian)(mian)反射(she)(she)準(zhun)直(zhi)鏡(jing)(jing)、平(ping)面(mian)(mian)衍射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)柵(zha)、球(qiu)(qiu)面(mian)(mian)反射(she)(she)聚(ju)焦(jiao)(jiao)鏡(jing)(jing)和(he)CCD組成(cheng)[13-14]。入射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)線(xian)由狹縫入射(she)(she)，經準(zhun)直(zhi)鏡(jing)(jing)將光(guang)(guang)(guang)線(xian)準(zhun)直(zhi)后投(tou)向光(guang)(guang)(guang)柵(zha)上(shang)，光(guang)(guang)(guang)柵(zha)將不同波長的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)線(xian)分(fen)開(kai)，最后由聚(ju)光(guang)(guang)(guang)鏡(jing)(jing)將分(fen)開(kai)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)線(xian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)照(zhao)射(she)(she)到(dao)探測(ce)器CCD上(shang)，進行相應的(de)(de)信號采集(ji)與(yu)分(fen)析。CT光(guang)(guang)(guang)路結構分(fen)為(wei)M型(xing)(xing)和(he)交(jiao)叉型(xing)(xing)，其(qi)中(zhong)M型(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)路在光(guang)(guang)(guang)譜(pu)測(ce)量范圍(wei)內的(de)(de)彗(hui)差(cha)和(he)分(fen)辨力穩定性較好。
光學元器件的選擇與光路結構(gou)參量的計算(suan)
為(wei)(wei)了實(shi)現系統高分辨和微型化的設計(ji)(ji)目(mu)標(biao)，便于(yu)與機械結構的尺寸相匹(pi)配，確定(ding)的光(guang)(guang)(guang)譜儀(yi)設計(ji)(ji)指標(biao)為(wei)(wei)體(ti)積為(wei)(wei)90mm×130mm×40mm，光(guang)(guang)(guang)譜測量范圍為(wei)(wei)820nm?980nm，光(guang)(guang)(guang)譜分辨力(li)(li)為(wei)(wei)0.05nm。但是，由于(yu)對光(guang)(guang)(guang)譜分辨力(li)(li)的要求過高，所以只能先設計(ji)(ji)出光(guang)(guang)(guang)譜測量范圍約為(wei)(wei)880nm?900nm的微型光(guang)(guang)(guang)譜儀(yi)，然后通過優化并轉動8個光(guang)(guang)(guang)柵傾(qing)斜角度，使得光(guang)(guang)(guang)譜的測量范圍達到820nm?980nm，從(cong)而實(shi)現設計(ji)(ji)指標(biao)。
光(guang)(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)是光(guang)(guang)(guang)(guang)譜儀光(guang)(guang)(guang)(guang)路系統中的核(he)心器件，所以(yi)光(guang)(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)的選(xuan)擇至關重要。在現代光(guang)(guang)(guang)(guang)譜儀中，大(da)多用閃耀光(guang)(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)代替(ti)平(ping)面(mian)透(tou)射(she)光(guang)(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)，主要是因為閃耀光(guang)(guang)(guang)(guang)柵(zha)(zha)(zha)可以(yi)實(shi)現單縫衍射(she)中央最大(da)值的位置從沒(mei)有(you)色散的零(ling)級光(guang)(guang)(guang)(guang)譜轉(zhuan)移到其他有(you)色散的光(guang)(guang)(guang)(guang)譜級上，這(zhe)樣(yang)能量會(hui)更(geng)集中。
