一种交叉的切尔尼—特纳型远紫外成像光谱仪

本文介绍了远紫外成像光谱仪的需求和若干关键技术,描述了一种光谱范围为100～300nm,光谱分辨率优于1.67nm的远紫外波段成像光谱仪的设计方法和定标实验。该仪器基于交叉的切尔尼—特纳型光谱仪光路结构,采用全反射式系统。根据初级像差理论设计了光学系统,使用Zemax进行了仿真和优化,在紫外—可见光波段对仪器的性能进行实验验证,并进行了光谱定标和成像性能分析。

交叉型消像散Czerny-Turner结构光谱仪设计

以相对孔径为1∶8,工作波段为780～1 014 nm为初始光学参数,首次推导出交叉型Czerny-Turner(C-T)结构光谱仪的一阶消像散条件,搭建了交叉型消像散C-T结构和交叉型消彗差C-T结构。利用ZEMAX软件对两种初始结构进行了优化和比较。结果表明:交叉型消像散C-T结构具有更优越的光学性能,其均方根半径仅是消彗差C-T结构的12%～52%。消像散C-T结构不仅在沿狭缝方向上能量更为集中,利于设计大聚光能力的分光系统,而且在沿垂直于狭缝方向上点斑更小,具有更高的光谱分辨率。

基于倾斜场镜的C-T成像光谱仪优化设计

残留谱线弯曲限制了切尔尼-特纳平面光栅光谱仪在成像光谱仪中的应用.本文不同于传统的基于棱镜的光栅谱线弯曲补偿方法,提出了基于倾斜场镜的补偿方法,即在校正场曲的同时对入射到场镜不同区域,不同波长的狭缝像分别进行谱线弯曲校正,且没有改变系统的其它光学特性.对狭缝大小为7.8mm×0.016mm、光谱范围0.31-0.5μm、光谱分辨率0.4nm、物方焦距70mm、1∶1放大倍率的切尔尼-特纳成像光谱仪进行了优化设计,结果全谱段、全视场MTF〉0.8,点列图RMS半径小于9μm,相对谱线弯曲小于0.2%,满足设计要求.实际设计表明该方法对于可选用光学玻璃有限,且能量较弱的紫外光学系统是一种可选的优化设计方法.

宽光谱高分辨率的分光光度计光学系统设计

为了使分光光度计在宽光谱范围内能够实现高分辨率,采用旋转光栅方式设计了基于非对称式切尔尼-特纳(Czerny-Turner)型结构的光学系统。根据分光光度计的工作原理和几何像差理论,并考虑中心和边缘波长的影响,计算了分光系统各光学元件的特征参数和结构参数。以光谱分辨率为主要目标,通过Zemax软件对光学系统进行仿真与优化设计,确定最佳光路结构,并采用多重结构模拟光栅旋转以实现对宽波段的扫描。仿真结果显示,系统在300~1000 nm光谱范围内分辨率均远优于0.1 nm。通过搭建实验系统验证了分光光度计的光谱分辨率能够达到0.1 nm的技术指标。因此,所设计的分光光度计光学系统对宽光谱高分辨率的光谱仪器设计具有一定的参考价值。

ZnO温度传感器光谱监测系统的设计

为解决ZnO温度传感器测温精度和集成化的问题,设计了一套测量光谱范围为350~450 nm,分辨率为0.1 nm的光谱监测系统。通过合理地选择光学系统的结构、计算各光学元件的参数和光路结构以及消除系统像差,实现了光谱监测系统的窄波段、高分辨率的要求。最终结果显示系统的体积为111 mm×83 mm×30 mm,基本满足系统可集成化的要求,可以做进一步的优化,公差分析使之满足加工需求。