大口径透镜成像光谱仪研究

发布时间：2017-10-16 13:17

  本文关键词：大口径透镜成像光谱仪研究

  更多相关文章： 光谱学 大口径 透镜光谱仪 高灵敏度 气体拉曼光谱 狭缝弯曲矫正ZEMAX 透镜设计

【摘要】：拉曼光谱自发现起就被广泛应用于物质成分检测,适用于固体、液体和气体物质,气体的拉曼光谱由于信号微弱受到了很多限制。本文研制了一种能用于气体拉曼光谱检测的大口径透镜成像光谱仪,光谱仪最大的特点是使用了大相对孔径镜头作为准直与汇聚元件,高衍射效率的全息光栅作为分光器件。根据使用要求,确定了光谱仪的性能指标,然后经过设计计算确定光谱仪的初始结构,并组建了实验测试用的透镜光谱仪,对光谱仪的各项参数进行了详细测试,并搭建实验装置对空气的拉曼光谱进行了检测,结果显示光谱仪的各项参数都在设计的范围内,并可以在较短时间内得到清晰明确的空气拉曼谱线。在测试中也发现了一些不足,大口径光谱系统会有强烈的狭缝弯曲现象,并且狭缝弯曲现象的出现与系统的像差无关,主要由光线斜入射光栅导致。此外,通过研究发现汇聚光学系统与CCD系统不是十分契合,主要原因是CCD芯片前的真空窗口在大口径系统中带来的像差不可忽略。为了使光谱仪性能进一步的改善,将对光谱仪的这些不足进行研究改进。首先分析了狭缝弯曲的成因与理论公式,并根据狭缝弯曲理论公式编写程序对狭缝弯曲进行矫正;然后根据仪器的实际情况,自行设计了汇聚镜头,在设计过程中考虑了真空窗口带来的像差并加以修正,使分光系统能与CCD相匹配,以期进一步提高系统的性能。
【关键词】：光谱学 大口径 透镜光谱仪 高灵敏度 气体拉曼光谱 狭缝弯曲矫正ZEMAX 透镜设计
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 引言8-9
• 1.2 拉曼光谱仪的发展9-12
• 1.3 主要研究内容12-13
• 2 光谱仪设计13-23
• 2.1 设计要求13
• 2.2 光谱仪结构设计13-15
• 2.3 光谱仪内部参数计算15-18
• 2.4 狭缝的设计18-19
• 2.5 光栅的比较与选择19-22
• 2.6 本章小结22-23
• 3 气体拉曼光谱的检测23-31
• 3.1 光谱仪的波长标定23-26
• 3.2 光谱仪相对响应强度测试26-28
• 3.3 空气拉曼散射的检测28-30
• 3.4 本章小结30-31
• 4.光谱系统狭缝弯曲的矫正31-42
• 4.1 光谱仪狭缝弯曲的影响31-32
• 4.2 狭缝弯曲偏移量的理论分析32-34
• 4.3 元件装配误差对偏移量公式的影响34-36
• 4.4 狭缝弯曲纠正36-41
• 4.5 本章小结41-42
• 5 汇聚镜头设计42-59
• 5.1 CCD真空密封窗.引入的象差42-43
• 5.2 复杂镜头设计方法43-45
• 5.3 光谱仪汇聚镜头设计45-53
• 5.4 镜头公差分析53-58
• 5.5 本章小结58-59
• 总结59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 附录 1：攻读学位期间发表论文64-65
• 附录 2：公差分析表65-68

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本文编号：1042881