零像散宽波段平场全息凹面光栅的优化设计

平场全息凹面光栅的理想像面应为一平面,此时子午焦线与弧矢焦线均位于像面内且彼此重合,形成接近理想像点的光谱像。但子午焦线总是存在弯曲,只有弧矢焦线在满足一定条件的情况下可以成为直线。鉴于此,提出一种满足平场弧矢焦线条件的平场全息凹面光栅设计方法。利用光学设计软件ZEMAX研究了运用此方法设计的零像散光栅的成像特性,并与原有设计方法得到的结果进行比较。模拟结果显示,满足平场弧矢焦线条件的光栅能够达到与原有方法所设计光栅相当的光谱分辨率,而其全波段零像散特性使其拥有更加出色的弧矢方向聚焦性能,显著提高平场光谱仪的信噪比。

平场全息凹面光栅制作结构与使用结构之间误差补偿作用的数值模拟与实验验证

通过对优化计算出的平场全息凹面光栅制作结构(曝光记录结构)和使用结构(光谱仪分光结构)之间各个参数进行联合数值模拟,得出如下结论:在优化设计参数值附近一个较大范围的误差区域内,平场全息凹面光栅的制作结构参数误差和使用结构参数误差可以相互补偿,最终补偿的结果可以使光谱成像质量达到与原设计结构相当的水平,满足光谱仪器的使用要求。文章给出了数值模拟结果以及与其相符的实验验证结果。此补偿作用有利于降低平场全息凹面光栅制作中各个参数精度的调节难度,并且可以对实际使用过程中光谱仪器的设计和装调进行理论上的指导。

微型光谱仪平场全息凹面光栅的优化设计

研究了应用于微型光谱仪的平场全息凹面光栅的设计方法,提出了全局优化和反向优化的设计思想.利用全局优化算法求解了用于设计平场全息凹面光栅的非线性方程组,可以通过调整某些像差项的优化权重,快速有效地完成设计;同时利用反向优化算法对设计的中间结果进行工作位置的微量调节,进一步提高了光栅的光学性能,并阐述了平场全息凹面光栅可以具有多工作位置的原因.以遗传算法为例实现了上述优化思想,并基于TCD1304AP线阵CCD探测器,设计了适用于工作波长为380-780 nm的微型光谱仪系统的平场全息凹面光栅.实际系统经测试得到了良好的成像效果,光谱分辨率可达0.8 nm（50μm狭缝）.

平场全息凹面光栅的设计

介绍一种从罗兰圆结构出发,利用ZEMAX光学软件设计平场全息凹面光栅的方法。此设计方法简便,在兼顾平场和提高分辨率方面效果显著。最后给出了一个设计实例,并对设计结果进行了分析和评价。

用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅的模拟与设计

针对近红外光谱分析属于微弱信号与多元信息处理的特点，基于全息凹面光栅理论，采用光学设计软件CODEV，从初始结构出发，利用软件强大的全局优化功能，设计出一种用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅，成功地减小了像差，解决了宽光谱、窄谱面展宽的矛盾，并充分利用了光谱信息，是一种高效率的分光光学系统结构。利用CODEV软件，不需要求解复杂的高级像差方程，能对结果进行迅速评价，并可在设计中同时兼顾平场和提高分辨率的要求，极大地提高了工作效率。最后，给出了实例，设计出的全息凹面光栅工作波长范围为900-1700nm、直径Ф=25mm、F／#=1．5，对设计结果分析表明：在宽度为50μm缝光源再现情况下，理论分辨率优于6．3nm。

全息凹面光栅二阶圆场和平场成象特性

从全息凹面光栅几何成象理论出发，用简捷的解析方法研究固定入射狭缝全息凹面衍射光栅摄谱装架二阶圆场和平场成象特性。指出罗兰圆是唯一的二阶子午无离焦圆场摄谱装架和只存在唯一的一簇二阶弧矢无象散平场摄谱装架。还指出仅当柱面或平面光栅时，才能形成二阶子午无离焦平场和弧矢无象散圆场谱面。进一步讨论获得既不离焦也无象散的圆场和平场装架的可能性。

实验评估全息凹面光栅平场摄谱仪

阐述ＳＰＤ－Ｉ型全息凹面衍射光栅平场摄谱仪的基本工作原理和仪器结构，详细报导了该仪器的适用波长范围、平直谱面长度、倒数线色散率和光谱带宽等主要技术性能的光学测试方法和实验结果。测量结果表明在设计波长范围（４００至８００ｍｍ）内像差校正良好，获得的平直谱面可与光敏面长度为一英寸（２３．５ｃｍ）的多通道探测器相配；仪器的色散相当均匀（约１７ｎｍ／ｍｍ），在５７９．９６ｎｍ波长处测得的光谱带宽为１ｎｍ，能满足一般光学多通道分析仪的要求。

SPD-Ⅰ型全息凹面衍射光栅平场多色仪

报道一种利用象差校正平场全息凹面衍射光栅作为分光和成象元件的平场多色仪，该多色仪具有谱面平直、使用波段宽、集光本领强、体积小等优点。

消象差平场全息凹面光栅的设计

本文介绍消象差平场全息凹面光栅的一种设计方法,计算了光栅的装参架数和记录参数,且实验结果与理论分析基本相符.

用于全自动生化分析仪的分光器结构设计

全自动生化分析仪光学系统采用分光器结构,避免了光纤传输的不稳定性,有效地保证了测试结果的精度与稳定性。文中从光学系统设计原理、光栅选型、参数计算、光阑计算及结构设计等5个方面对分光器结构进行设计。该结构采用后分光技术,以全息凹面闪耀平像场光栅作为分光元件,以光电二极管阵列探测器作为信号接收端。全自动生化分析仪检验结果高速、准确,满足临床要求。根据生化仪波长需要,合理选用全息凹面闪耀光栅及光阑,保证测试结果的准确性。

双光栅平场全息凹面光栅光谱仪的优化设计

提出了双光栅平场全息凹面光栅光谱仪的优化设计方法。将使用波段一分为二,由两个使用结构相同的平场全息凹面光栅分别进行光谱成像以达到提高光谱分辨率的目的。根据全息凹面光栅像差理论,对光栅的使用结构和两光栅各自的制作结构进行优化求解以校正离焦、像散、彗差和球差等各种像差。据此原理设计了工作波段为200~800 nm、探测器长度25 mm的双光栅平场光谱仪。两光栅的工作波段分别为200~400 nm和400~800 nm,像面上光谱像的全宽度分别优于0.83 nm和1.68 nm。通过与相同设计指标的单光栅平场光谱仪进行比较,证明采用双光栅的设计方案能够有效地改善平场全息凹面光栅光谱仪的光谱分辨率。

球差在平场全息凹面光栅设计中的作用

基于平场全息凹面光栅几何像差理论,分析了初级像差与高阶像差特别是球差对平场全息凹面光栅成像的作用。通过一个具体的设计,分别讨论宽波段光栅和窄波段光栅设计中校正球差与否对设计结果的影响。通过对光谱像大小和各种像差系数大小进行对比分析得出以下结论:宽波段平场全息凹面光栅像差较大,决定光谱像大小的主要是初级像差,球差的影响难以显现,在进行光栅设计时可以不考虑球差;窄波段光栅的离焦像差较小,球差的影响开始变得显著,此时在设计过程中考虑球差的校正能够进一步改善光栅的成像质量。

窄波段高分辨率平场全息凹面光栅的一种简单设计方法

给出利用 型全息凹面光栅的无离焦和消彗差特性 ,设计窄波段高分辨率平场全息凹面光栅的一种简单方法。详细讨论了该光栅的优化设计 ,并给出设计实例及数值评估结果。

实用化微型近红外光谱分析仪的设计与性能测试

近红外光谱分析作为石油勘探过程中油品成分鉴别的一种重要手段,多年来引起人们的广泛关注和深入研究。针对石油勘探过程中油藏井温度高、空间局促等苛刻环境条件,研制了一种能够在高温环境中连续稳定工作的实用化微型近红外光谱分析仪,其体积为154mm×66.5mm×38mm。该微型近红外光谱分析仪采用凹面光栅作为分光元件,针对油气特征波段进行理论计算和Zemax软件仿真,设计出通量高、杂散光少、成像优质的全息凹面光栅。探测器选用Hamamatsu公司二级半导体制冷线阵电荷耦合器件(CCD),通过合理的光路设计和紧凑的结构布局,实现了在70℃的高温环境下稳定工作。通过标定及相关性能测试,结果表明:该微型近红外光谱分析仪光谱范围达到1550~1890nm,分辨率优于4.8nm,波长准确性±1.1nm,信噪比1202…1;利用该光谱分析仪对0#柴油和水的吸光度进行了应用实验,结果充分证明该系统的实用化水平。

宽场平谱面全息凹面光栅光谱仪的设计

全息凹面光栅光谱仪具有平谱面、小型化、大孔径、高分辨率等优点。首先从信息光学的角度推导了全息凹面光栅的成像公式,在垂直于狭缝和平行于狭缝的平面上系统分析了全息凹面光栅光谱仪的成像性能;在垂直于狭缝的平面上,全息凹面光栅光谱仪具有良好的平谱面性;在平行于狭缝的平面上,全息凹面光栅光谱仪克服了传统平面光栅的谱线弯曲和色畸变,实现了谱线平直成像;此外指出全息凹面光栅光谱仪固有的弧矢场曲对视场扩展的限制。然后根据理论分析结果提出了结构对称消场曲的全息凹面光栅光谱仪的设计思想,利用ZEMAX软件优化设计了像差补偿型全息凹面光栅光谱仪。在保证相对孔径F#=3、光谱分辨率为20nm/mm、空间分辨率小于25μm等技术指标不变的前提下,设计了狭缝长度为0.4mm的传统单球面镜全息凹面光栅光谱仪和狭缝长度为8mm的像差补偿型全息凹面光栅光谱仪。结果表明,改进后的像差补偿型全息凹面光栅光谱仪成功地将视场扩大为单球面镜全息凹面光栅光谱仪的20倍。

用于平场光谱仪的非球面全息凹面光栅设计

基于全息凹面光栅理论和ZEMAX软件,设计了一种用于平场光谱仪的消象差平场非球面全息凹面光栅。与采用相同口径、相同相对孔径的全息凹球面光栅构成的平场光谱仪比较,在入射狭缝宽度相同的情况下,该光栅所构成的平场光谱仪的分辨率得到明显提高。同时,利用较大相对孔径非球面全息凹面光栅,可使平场光谱仪的结构更紧凑,从而可实现平场光谱仪的小型化。