光栅单色仪和光电倍增管的偏振效应

本文对44W光栅单色仪及光电倍增管(GDB-423型和R 456型)的偏振效应进行了研究。在4200—7400 波长范围内给出了偏振效应随波长的变化情况。结果表明:在所研究的光谱范围内,光栅的偏振效应特别显著,随波长变化很明显。而光电倍增管的偏振效应随波长变化比较缓慢,且绝对值也较小。因此,在光谱测量中,特别是在偏光测量中,光栅的偏振效应的影响是不能忽略的。

小型高光谱分辨率光栅单色仪的研制

单色仪是成像光谱仪进行光谱连续定标的必备设备,为了对高光谱成像光谱仪进行连续光谱定标,设计了一种轻小型高光谱分辨率的光栅单色仪。采用水平式Czerny-Turner光路结构,以高光谱分辨率为出发点,通过推导计算,从光栅选型、焦距计算、狭缝尺寸的确定等方面详细论述了光栅单色仪的设计思路,给出仪器的重要必要结构参数,并论述了这些结构参数对仪器光谱分辨率和体积的影响。根据光栅单色仪的光路特点,对入射狭缝组件、准直物镜组件和成像物镜组件、扫描结构、机身等进行轻小型机械结构设计,并给出正弦杆扫描机构的结构参数与仪器输出波长和波长扫描精度的数学关系,完成了仪器的整体结构设计和装调。应用汞灯可见光光谱进行波长定标,采用最小二乘法得到定标曲线,并提出步进数极限误差与定标曲线相结合的方法,求得仪器的波长重复性和波长准确度;仪器在400~800nm波长范围内,光谱分辨率优于0.1nm,波长重复性达±0.096 6nm,波长准确度达±0.096 9nm。

极高分辨变包含角平面光栅单色器关键技术及检测方法研究

变包含角平面光栅单色器具有分辨率高和光通量高等优点,被广泛应用于各科研领域,并且随着相关领域研究的不断深入,迫切需要提高其光谱分辨率,以满足使用需求。为研究探索极高分辨率变包含角平面光栅单色器,结合上海同步辐射光源光束线,重点研究影响单色器分辨率的关键因素;对单色器光学元件表面热负载进行分析,设计冷却系统,降低热负载产生的影响;研究变包含角平面光栅单色器转角精度等检测方法。结果表明,根据推导出的变包含角平面光栅单色器光学放大倍数与单色器分辨率的关系式,达到优选极高分辨率工作模式的目的;加入冷却系统后,单色器前置平面镜因受热负载影响而产生的最大斜率误差由8.1μrad降到3.1μrad;设计可应用于变包含角光栅单色器分辨率达5×10~4的转角精度检测方法,检测精度可达0.026″。该研究将为第三代同步辐射光源中建造极高分辨变包含角单色器提供帮助。

光栅单色器中精密直线位移的测试与标定系统

在同步辐射光束线建设中,为达到单色器的光谱分辨率要求,对波长扫描机构的定位精度要求在μm量级。我们建立的由激光干涉仪、自准直仪组成的直线位移测试系统,可以对直线位移机构进行测试并对机构的直线位移编码器进行标定。该系统不但实现了直线位移的精密测量,还能对机构的直线性进行测量。应用该系统测出位移范围为160mm的直线位移机构的重复精度为1.0×10-3mm,分辨率达7.5×10-5mm,对光栅尺的标定精度达到RMS=3.0×10-4mm。

光栅单色仪的波长标定实验研究

采用具有线光谱的氖灯和汞灯的谱线为波长标准,研究精密双光栅单色仪的波长特性.进行了波长标定、重复性和稳定性实验,重复性为0.005 nm,稳定性为0.035 nm.给出了相同缝宽设置下波长标定的不确定度评定.实验结果表明,被标定单色仪的波长修正值与波长基本上呈线性关系,并由此确定线性拟合方程.发现单色仪波长误差与狭缝宽度设置有关,对精密测量有不可忽略的影响.

变包含角平面光栅单色仪的机械精度分析与测试

在上海同步辐射装置软X射线谱学显微光束线站建设中,为达到变包含角平面光栅单色仪的能量分辨率要求,平面镜和光栅的转角重复精度必须要求达到0.43"。为此我们建立了一套由光电自准直仪组成的测试系统,可以对平面镜和光栅机构进行测试。应用该系统测试了平面镜转角重复精度为0.166",光栅转角重复精度为0.149",分辨率达到0.03",满足了平面镜和光栅的转角重复精度和分辨率要求。此外,还测量了光栅切换机构的重复精度。

基于LabVIEW的光栅单色仪波长标定装置

为研究在光谱响应度测量中使用的精密光栅单色仪McPherson的Model207的波长特性,介绍了为此建立的基于LabVIEW的光栅单色仪波长标定装置系统。通过RS232与GPIB总线接口将装置的各自动控制部件连接到计算机,实现光谱的自动标定;针对光栅单色仪的性能研究,编写了对应的性能实验程序;在程序中给出了对采集的数据进行处理分析。通过实验得到单色仪波长准确度能达到0.02nm。

Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准

研究了Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准技术。结合单色仪的结构参数和特点,提出以符合光栅方程的正弦曲线作为仪器出射波长的校准方程,基于最小二乘法原理给出校准方程的拟合残差表达式,由于校准方程的非线性,应用二维Nelder-Mead单纯形法求解拟合残差的待定系数,建立了波长与光栅转角的精确表达式,并通过实验验证了该算法的准确性。结果表明,经过校准的单色仪波长定位精度小于0.1nm,比设计要求提高一个数量级。该方法在Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准过程中,应用简单,容易实现,只需稍加修改步进电机的控制程序,即可完成对仪器出射波长的快速实时校准,实用性强。

智能化多光栅单色仪的研制

针对传统光栅单色仪的工作缺陷,采用一个高精度细分步进马达,实现了３个不同光谱区之问光栅的自动转换、波长扫描和滤色片置换等功能．新设计研制的单色仪具有结构简单、工作可靠、光谱范围宽等优点,其原理和方法可在光电子领域获得重要应用．

梦之线光栅单色器温度起伏对能量漂移的影响

为了确保光栅单色器温度起伏引起的能量漂移不影响光束线的表观能量分辨率,建立了单色器高精度的恒温环境。结合上海光源梦之线设计,根据光栅衍射方程推导出单色器温差与能量漂移之间的关系;据此设计了沿光束方向温度起伏较小的单色器恒温环境,测试了温度控制系统不同条件下的长期温度稳定性,并通过长时间多次测量氮气K边吸收谱的方法,得到了相应的能量漂移。结果显示:温度控制系统未启动的情况下,棚屋内最大温度变化约为0.62K,测得的能量漂移约为49 meV;温度控制系统使用独立冷水机时,最大温度变化约为0.20 K,相应的能量漂移约为17meV。实验表明,建立的单色器恒温环境满足设计要求,使得单色器温差引起的能量漂移对梦之线表观能量分辨率的影响得到有效控制。

自动光栅单色仪光谱分析系统的设计与实现

提出了一种利用计算机并口控制步进电机 ,进而进行光栅单色仪光谱自动分析的系统。详细阐述了该系统的设计原理极其优点 ,实验结果表明 ,该系统能够进行精确的光谱分析 ,较之以往的手动测量 ,大大提高了测量速度 。

变包含角平面光栅单色器光斑横移分析

介绍了变包含角平面光栅单色器的光路布局及结构组成,分析了影响单色器光斑横移的因素,对受力变形引起光斑横移的因素,运用有限元软件Ansys进行了数值模拟;根据模拟结果(0.33″)对单色器的相关部件加工精度进行误差分配;按照分配误差要求完成单色器结构设计、加工、组装,对单色器出射光斑横向角漂移重复精度进行了测试,结果为0.7″。

高分辨球面光栅单色器光束线的光学设计

介绍了中国科学技术大学国家同步辐射实验室正在建设中的一条高分辨球面光栅单色器光束线的光学设计。该光束线使用具有两个包含角的球面光栅单色器,前置镜系统由水平偏转平面镜和垂直聚焦圆柱面镜组成,后置镜采用超环面镜,在设计能量范围内有高的光谱分辨本领和通量。给出了光线追迹的结果。

转动拉曼测温激光雷达的双光栅单色仪研究

纯转动拉曼测温激光雷达中采用双光栅单色仪结构的优点是能提供优于10^(-7)的抑制比,能够很好抑制Rayleigh-Mie散射,得到纯度很高的转动拉曼谱,并且能够提高光的透过率,具有长期的稳定性。光纤、透镜、光栅参数的选择及焦板上光斑的精确定位是双光栅单色仪研制成败的关键。在合适的参数下计算出了双光栅单色仪的滤波函数,高低量子数回波信号强度比以及温度随高度的变化,计算出的温度与代入的温度相差约0．3K,说明此双光栅单色仪的设计是合理的。

新型面阵式CCD探测器型多光栅单色仪

研制了一种采用面阵式高精度CCD探测器和多光栅结构的新型单色仪,该单色仪采用了多块平面光栅结构的光谱分析系统,无需任何机械转动和位移器件,并采用面阵式高精度CCD光谱探测器,对光谱进行快速准确的数字成像,在很宽的光子能量范围内(200～1100nm)实现对光谱的快速测量和分析,适用于各种光电子实验对象的光谱学分析,光谱分辨精度优于1.0nm.解决了二维光谱探测区的数字化光谱定标,建立了探测象素随波长和能量非线性分布的数学模型.

精密光栅单色仪接口与驱动电路的研制

介绍了一种新型实用的精密光栅单色仪接口与驱动电路。讨论了细分技术对提高波长准确度及重复性的重要作用。提出了一种安全可靠的限位防护电路设计方案。

前置平面镜热负载对变包含角平面光栅单色器分辨率的影响

针对变包含角平面光栅单色器前置平面镜(PM)受热负载而导致的单色器分辨率降低问题,提出优化聚焦常数(C ff)补偿分辨率的方法。首先,计算不同C ff值时PM的热功率吸收谱,在此基础上对镜面热负载进行热-结构耦合分析,得到不同热负载时PM表面热变形的变化量;然后,结合理想分辨率公式和光线追迹软件求出加热负载的单色器分辨率;最后,优化C ff实现分辨率的补偿。研究结果表明,以软X射线谱学显微光束线站为例,当出射光能量为1 000 eV时,将C ff由1.8优化至1.84,单色器分辨率即可与无热负载时的相同,该优化方法可有效补偿单色器分辨率的降低。

利用光栅单色仪测量罗丹明6G溶液吸收光谱

在室温下使用WDS-8型光栅单色仪,测量了不同浓度的罗丹明6G水溶液标准样品的吸收光谱,获得标准样品的吸光度,根据光吸收基本定律:朗伯-比尔定律,建立吸光度与样品浓度的工作曲线,通过测量未知浓度样品的吸收光谱得到吸光度,根据工作曲线获取未知浓度样品的浓度.本实验拓展了以光栅单色仪为平台构建的光谱测量系列实验的内容.

使用光栅单色仪测量红宝石晶体的吸收和发射光谱

使用WDS-8型光栅单色仪测量了室温下红宝石晶体的吸收光谱和发射光谱.通过该实验,学生在了解光致发光原理及光致发光材料光谱特性的同时,掌握单色仪的使用方法和技巧.