光栅棱镜内调制比色测温仪研究

探讨了在内调制光电管的基础上使用光栅棱镜作为前端分色设备进行比色测温的方法 ,结果表明 :与使用光纤分束作为前端分色设备的方法相比 ,其设备简单 ,并具有工作波长及其带宽选择灵活的优点 。

棱镜-光栅-棱镜光谱成像系统的光学设计

设计了一种基于棱镜-光栅-棱镜(Prism-Grating-Prism,PGP)分光器件的新型成像光谱仪.论述了此成像光谱仪的工作原理和结构形式,包括PGP、准直物镜和成像物镜的设计要求.PGP元件中采用体积相位全息透射光栅,可以获得高的衍射效率,并且能与棱镜较好地胶合.给出了此成像光谱仪的设计结果,其光谱范围为400～800 nm,像元光谱分辨率约1.6 nm,系统长度为85 mm.

短波红外棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪光学系统设计

提出了一种基于棱镜-光栅-棱镜分光器件的短波红外成像光谱仪光学系统,该系统由离轴三反射式望远物镜、准直镜、棱镜-光栅-棱镜和会聚镜组成,光谱覆盖950~2500 nm,空间视场达到22.5°.在实现宽视场、宽波段设计的同时,优化设计了棱镜-光栅-棱镜分光器件的各个参量.通过偏斜会聚镜光轴和棱镜-光栅-棱镜光轴在光谱维的角度,可以良好地校正色畸变keystone和谱线弯曲smile,将二者控制在5μm以下,使得成像光谱仪获取的光谱信息更为准确.

基于棱镜光栅立体显示参数的设计与分析

棱镜光栅立体显示技术由平面抽样图和棱镜光栅板两部分组成,文章分析了平面抽样图的像带、参与合成图像数目的影像,并以单一棱镜元为研究对象,根据光学原理,推导出棱镜光栅板的曲率半径、厚度、节距等重要参数的计算公式,并结合实际讨论这些参数对立体效果的影响.

棱镜-光栅-棱镜分光模块整体化设计及衍射特性分析

PGP模块是超光谱成像仪中重要分光器件。为了能够在制作前有效预测PGP整个系统的衍射效率分布及其衍射特性,提出了PGP整体化设计方法。从体位相全息光栅设计角度出发,结合棱镜与光栅各项参数的制约关系,编制了计算PGP整体衍射效率的分析软件,综合考察了棱镜与光栅各项参数对PGP模块衍射特性的影响,讨论了光栅布拉格波长的漂移特性,据此设计了一种用于成像光谱仪的宽波段高衍射效率PGP分光模块。模拟结果表明:棱镜1材料的色散系数越小,PGP的光谱带宽越窄;光栅布拉格波长的漂移增大了PGP模块和光栅的光谱带宽,带宽增大使光栅的角度选择性随之增大,拓宽了棱镜1材料的选择要求;棱镜1顶角、光栅的胶层厚度和相对介电常数调制度等参数是影响PGP衍射效率分布的重要因素,制作时需要精确控制。利用此方法设计的PGP分光模块在400～1 000nm波段范围内衍射效率不低于50%,并给出具体设计参数,这对PGP制作具有一定的参考价值。

基于棱镜反射光栅的低串扰自由立体投影显示方法

为解决传统柱透镜自由立体投影显示中像差和视几何引起的串扰和视点数受限问题,基于回归反射,提出了一种棱镜反射光栅自由立体投影显示方法。通过分析其3D成像的原理,对棱镜反射光栅自由立体投影显示进行仿真,发现该方法在水平视宽相同的条件下,视场照度是柱透镜光栅投影的10倍,而其串扰比是柱透镜光栅投影的1/5,且不存在次视区。制作了棱镜反射光栅屏,并搭建系统进行实验,验证了棱镜反射光栅自由立体投影显示方案的可行性。

棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪光谱分辨率研究

为研究基于棱镜-光栅-棱镜模块（以下简称PGP模块）、光谱范围在400-1000nm成像光谱仪的光谱分辨率问题，提出了PGP光谱仪角色散、线色散的计算方法，并理论推导出计算PGP成像光谱仪光谱分辨率的方法．研究表明，适当减小倒线色散率、狭缝宽度、光栅周期和CCD像素尺寸，都可以提高PGP光谱仪的光谱分辨率，但若仅减小狭缝宽度，又会使进入系统的光通量减少，影响系统的信噪比．用SPECIM公司的IMSPECTORV10系列产品相应参数的对比，印证了光谱分辨率与倒线色散率、狭缝宽度的关系．

全息光栅直视分光镜的光路设计及其性能分析

根据色散、衍射和成像原理，报道了以全息光栅－棱镜组件为色散元件的直视分光镜的光路设计和性能分析．该分光镜１９９０年研制成功，是一种用于光谱观察的简便器件．

用于肿瘤手术在线诊断的成像光谱仪的研制

利用成像光谱仪图谱合一的特性,研制了一台用于临床诊断及术中导航定位的棱镜-光栅-棱镜式小型医用成像光谱仪。介绍了该成像光谱仪的设计原理,根据应用需求对其光学系统进行了分析,测试了光谱分辨率、谱线弯曲、色畸变等重要光学参数。结果显示,该光谱仪的实际光谱分辨率优于5nm,满足应用需求。将该仪器与手术显微镜集成,进行了大鼠脑肿瘤在线诊断,获取了大鼠脑部胶质肿瘤的成像光谱数据。通过光谱数据分析,实现了脑肿瘤位置与大小的准确判断。该仪器具有光谱分辨率高、体积小、与手术显微镜有通用接口、可在手术中进行在线诊断等优点。

可见近红外波段无人机载成像光谱仪设计

为了满足地物成像光谱分析的需要,设计了同轴安装、体积小、重量轻的适用于无人机载的棱镜-光栅-棱镜型可见近红外成像光谱仪.通过角放大率选择、光焦度分配、相对孔径计算设计了视场较大的前置物镜;通过光栅方程求解、体相位全息光栅布拉格条件约束、棱镜折射定律设计了光谱系统的初始结构;通过工作光谱上下限出射角与探测器光谱维宽度的关系确定了成像物镜的焦距;通过出射光角度明确了出射光谱的非线性.设计的无人机载成像光谱仪工作光谱范围为400~1 000nm,视场角为40°,全工作波段在空间截止频率20.8lp/mm处的传递函数值均大于0.67,光谱分辨率小于3nm.装调了无人机载成像光谱仪对室外绿化树木进行光谱推扫成像实验,实现了树叶的多光谱成像.该成像光谱仪能够有效实现光谱成像,性能良好.

双通道成像光谱仪共用离轴三反射光学系统的设计

提出了一种双通道共用一个主光学的推帚式高光谱成像仪光学系统,该系统由离轴三反射主光学系统、狭缝、准直镜及分色镜、可见近红外光谱仪后光学和短波红外光谱仪后光学组成,设计中采用双通道共用离轴三反射主光学系统,不仅满足了成像仪大视场、宽谱段的要求,而且提高了系统的光学效率,使系统结构更加紧凑,双通道光谱仪均采用棱镜-全息透射光栅-棱镜分光组件分光,实现了宽光谱分光,提高了衍射效率,系统实现光谱范围覆盖450～2500nm,全视场达23.9°。

棱镜-光栅组合色散型超光谱成像系统的优化设计

大视场、超光谱分辨率、高空间分辨是光谱成像仪的发展方向,谱线弯曲和色畸变的抑制则是二维谱图信息准确提取的前提。提出了一种棱镜-光栅光谱成像结构形式,并采用矢量方法构建了棱镜-光栅组合色散元件的数学模型,优化了分光模块的结构参数,基于此组合色散元件设计了一个具有近直视光路结构的超光谱成像仪光学系统。该系统光谱范围为400~800nm,入射狭缝长为14mm,F数为2.4,其光谱分辨率达0.5nm,调制传递函数（MTF）在探测器奈奎斯特频率68lp/mm处均大于0.7,谱线弯曲和色畸变均小于1μm,低于单个像素的13.5%。

消谱线弯曲棱镜-光栅型成像光谱仪设计

针对平面光栅和棱镜成像光谱仪难以校正谱线弯曲的问题,提出了利用棱镜-光栅(P-G)组合分光元件并结合系统物镜畸变校正谱线弯曲的方法。分别计算了棱镜和光栅产生的谱线弯曲以及P-G组合元件产生的光谱弯曲,分析了棱镜和光栅的谱线弯曲特性,并基于此设计了P-G组合分光元件和消谱线弯曲成像光谱仪结构。通过优化设计得到光学系统的光谱分辨率高于2nm,点列图均方根(RMS)半径小于8μm,系统谱线弯曲和光谱弯曲小于2μm。证明了P-G组合元件结合系统物镜畸变可补偿校正整个工作波段的谱线弯曲和光谱弯曲。最后的设计结果表明,基于P-G分光元件的成像光谱仪系统在满足像质要求的前提下,谱线弯曲小于1/4像元尺寸,满足使用要求。

全息棱镜光栅和笔式分光镜

报导全息方法制造棱镜光栅的实验方法及其衍射效率的测量结果，解决了全息光栅栅槽取向应与棱镜主栽面垂直这个技术问题。并利用这种衍射折射色散元件构成笔式直视分光镜。

用高光谱成像荧光成像仪观察海底情况

海洋是地球最大的资源丰富地区。它吞没了来自河流以及直接来自海面上的天然物质和相似的人工物质,并将其所有物隐藏于淤泥和黑暗中。海浪下面存在着大量有意义的东西,为了将海底所存在的东西显现出来,人们作了许多尝试。

U-3400分光光度计在教学实验中的常见问题与解决方法

本文以U-3400分光光度计为例介绍了分光光度计的工作原理,对在教学实验中的常见问题及其解决方法进行了探讨,目的在于加深学生对分光光度计工作原理的认识和提高学生对仪器的使用技能.

消谱线弯曲PGP型成像光谱仪系统设计

针对棱镜-光栅-棱镜(PGP)型成像光谱仪谱线弯曲(Smile)难校正的问题,提出了一种利用狭缝离轴和减小第一块棱镜顶角,再结合会聚镜畸变校正PGP型光谱仪谱线弯曲的方法。该方法在保留了PGP型光谱仪的布拉格(Bragg)衍射和系统共轴等优点的基础上,校正了光谱仪的谱线弯曲和色畸变(Keystone)。在相同的技术指标下,对传统型和改进型PGP模型做了谱线弯曲对比。为了验证该方法的可行性,设计了一款光谱分辨率为2.8 nm的光谱仪,点列图均方根(RMS)半径小于8μm,满足成像质量要求,Smile为1.50μm、Keystone为3.52μm,均小于0.2倍像素。设计结果表明,通过减小棱镜顶角校正中心波长的Smile,利用狭缝离轴实现光谱仪系统共轴,利用会聚镜畸变校正剩余波长的Smile可以有效校正PGP型光谱仪的谱线弯曲。

棱镜-光栅组合分光结构参数的优化方法研究

针对现有的棱镜-光栅的组合设计存在结构复杂、调试困难的问题,建立了三棱镜-光栅组合色散的数学模型,提出了仅需改变三棱镜、光栅的空间相对位置来提高光谱色散线性度的双目标优化方法,获得了线性度良好的棱镜-光栅组合结构参数。采用光学标准件对模型的正确性进行仿真和实验验证。仿真结果表明:在400~1000 nm波段,系统具有长为15 cm、光谱线性度良好、结构简单的特点。实验结果表明,在420~780 nm波段,整体分辨率优于2 nm,进一步证明了该方法的有效性。本研究为棱镜-光栅组合设计提供了一种灵活、简单的结构设计方法。

校谱线弯曲的共轴PGP成像光谱仪光学系统设计

针对共轴棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪的谱线弯曲难以校正的问题,提出了使用弯曲狭缝配合准直镜、聚焦镜畸变校正谱线弯曲的方法。该方法在保留棱镜-光栅-棱镜高衍射效率和光路共轴等优点的基础上,能够校正仪器的谱线弯曲和光谱弯曲。为了提高该方法的通用性,考虑狭缝、镜头畸变、光栅、棱镜等参数,建立棱镜-光栅-棱镜矢量色散模型,给出校正光谱弯曲和谱线弯曲的目标函数,并利用遗传算法对目标函数进行优化,快速计算不同狭缝长度时狭缝形状和镜头参数的最佳组合。用该方法的计算结果设计了一个狭缝长度为22 mm,工作波段为400~800 nm,光谱分辨率为2 nm,F数为3.5的弯曲狭缝PGP成像光谱仪光学系统,该系统谱线弯曲小于1μm,光谱弯曲小于0.7μm,且满足成像质量要求。设计结果表明,用弯曲狭缝配合准直镜、聚焦镜畸变的方法能够有效校正谱线弯曲。

基于短波红外成像光谱仪的矿石光谱测量研究

成像光谱仪能够高效便捷地识别和判断矿种,可大幅提高地质勘察和矿物普查的勘测效率。文中基于棱镜-光栅(PG)的分光元件,研发了一种具有结构简单、体积小、重量轻、分辨率高等优点的短波红外成像光谱仪系统。阐述和分析了该成像光谱仪的设计思路和实际成像质量,并借助单色准直光法测试了该成像光谱仪系统的光谱性能参数,实际光谱分辨率优于10 nm,性能良好,符合设计与使用要求。利用该光谱仪系统测量了多种矿石样品的光谱数据,其光谱形态与特征和美国权威实验室JPL建立的波谱库中的数据相吻合,表明本成像光谱仪系统在矿石的光谱分析中精确度良好,能较为准确地辨别矿石种类,为将来开展相关的矿石研究工作提供技术支持。