宽波段微型光谱仪光学系统设计与优化研究
发布时间：2020-09-22 16:47
近年来,光谱仪器的应用场景和应用范围越来越广泛,除了在科学实验室内进行光谱分析外,光谱仪器还越来越多地应用在工业监测、环境监测等商用和民用领域。在这种应用背景下,对光谱仪器的要求已经不限于更高的精度和更加全面的功能,还根据需求朝着微型化的趋势发展。自上世纪九十年代以来,光学器件和微电子领域都进入了快速发展的阶段,这为光谱仪器的微型化提供了有利的技术条件。目前市场上已经针对各种应用场景,推出了各种具有针对性的微型光谱仪,但光谱工作范围覆盖紫外光、可见光、近红外光的宽波段微型光谱仪仍然存在一些亟需解决的问题。因此,本文针对宽波段微型光谱仪的光学系统的设计方法和优化措施进行研究,具有很强的现实意义。首先,本文针对常见的微型光谱仪的光学结构,对称式切尼-特纳结构和交叉式切尼-特纳结构进行了详细的分析和对比,选择了对称式切尼-特纳结构作为本文设计的宽波段微型光谱仪的光学结构。然后,根据其中的光学参数进行分析,归纳出其光学约束关系;在此基础上,提出了一套基于光学约束关系的系统设计方法,并使用zemax仿真软件进行了光学系统的设计和仿真。并分析了光学系统中不同类型的像差和公差对于成像质量的影响,设计了相应的机械结构,保证了试制的光学系统的可靠性。另外,针对拓宽光谱范围造成的两个问题:紫外响应不高和引入二级光谱线干扰,分析了其出现的原因,并提出了进行紫外增强镀膜以及设置滤光片的方法,经济、有效地解决了这两个问题。最后设计了与光学系统配套的电子系统和软件系统,对光学系统进行了实际的测量,测量的结果表明本文设计的微型光谱仪能在200-1100nm的区间内得到1nm左右的分辨率,达到了预期的设计目的,验证了设计方法和针对于宽光谱采取的优化措施的可靠性和合理性。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH744.1
【部分图文】：
缺点是相较于交叉式切尼－特纳光学结构体积偏大。逡逑淲玉煖善琴：＝逡逑图２－１对称式切尼一特纳光学系统结构示意图逡逑２．３．２交叉型切尼－特纳结构逡逑交叉式切尼－特纳光学结构如图２－２所示，光线到达器件的顺序与对称式切逡逑尼－特纳光学结构相同，主要区别在于光学器件的位置。相较于对称式切尼－特纳逡逑光学结构，其结构更加紧凑，空间利用率较高。光束走过的路径有重叠，所以会逡逑有较大的像差，其分辨率在较宽的光谱范围内一致性较差，容易出现中心波长与逡逑两个边缘波长处的分辨率差距较大的情况。逡逑ＩＩ逡逑１１１逡逑图２－２交叉式切尼一特纳光学系统结构示意图逡逑１３逡逑
图２－１对称式切尼一特纳光学系统结构示意图逡逑２．３．２交叉型切尼－特纳结构逡逑交叉式切尼－特纳光学结构如图２－２所示，光线到达器件的顺序与对称式切逡逑尼－特纳光学结构相同，主要区别在于光学器件的位置。相较于对称式切尼－特纳逡逑光学结构，其结构更加紧凑，空间利用率较高。光束走过的路径有重叠，所以会逡逑有较大的像差，其分辨率在较宽的光谱范围内一致性较差，容易出现中心波长与逡逑两个边缘波长处的分辨率差距较大的情况。逡逑ＩＩ逡逑１１１逡逑图２－２交叉式切尼一特纳光学系统结构示意图逡逑１３逡逑
逡逑为２．邋８５Ｖ左右。光谱响应曲线如图３－２所示，其在紫外波段的光谱响应不高，需逡逑要使用特殊的处理方法进行处理将在后面的章节中详细介绍。逡逑ｉ：｜逦４／ｆ逦＇：：Q冨义蟽锶耆义希埃村危皱五义希埃冲危皱五义希埃插危苠五义希埃卞危阱义希板五邋邋邋邋濉卞义希矗埃板危担埃板危叮埃板危罚埃板危福埃板危梗埃板危保埃埃板义希祝幔觯澹欤澹睿纾簦桢澹郏咤义贤迹常插澹桑蹋兀担担矗鹿馄紫煊η咤义希常玻膊问杓乒体义显谌范ǎ茫茫囊院螅纯梢愿萆衔闹刑岢龅姆椒ń泄馄滓遣问纳杓坪湾义霞扑恪＜褐茫茫南衩婵矶龋剑玻福叮罚玻鳎鳎源宋鸬憧忌杓啤Ｎ⑿凸馄滓侵幸诲义习愎庹ざ疾捎靡患堆苌涔馄祝嗜〔罚澹藉澹保澹棋澹藉澹
本文编号：2824659
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH744.1
【部分图文】：
缺点是相较于交叉式切尼－特纳光学结构体积偏大。逡逑淲玉煖善琴：＝逡逑图２－１对称式切尼一特纳光学系统结构示意图逡逑２．３．２交叉型切尼－特纳结构逡逑交叉式切尼－特纳光学结构如图２－２所示，光线到达器件的顺序与对称式切逡逑尼－特纳光学结构相同，主要区别在于光学器件的位置。相较于对称式切尼－特纳逡逑光学结构，其结构更加紧凑，空间利用率较高。光束走过的路径有重叠，所以会逡逑有较大的像差，其分辨率在较宽的光谱范围内一致性较差，容易出现中心波长与逡逑两个边缘波长处的分辨率差距较大的情况。逡逑ＩＩ逡逑１１１逡逑图２－２交叉式切尼一特纳光学系统结构示意图逡逑１３逡逑
图２－１对称式切尼一特纳光学系统结构示意图逡逑２．３．２交叉型切尼－特纳结构逡逑交叉式切尼－特纳光学结构如图２－２所示，光线到达器件的顺序与对称式切逡逑尼－特纳光学结构相同，主要区别在于光学器件的位置。相较于对称式切尼－特纳逡逑光学结构，其结构更加紧凑，空间利用率较高。光束走过的路径有重叠，所以会逡逑有较大的像差，其分辨率在较宽的光谱范围内一致性较差，容易出现中心波长与逡逑两个边缘波长处的分辨率差距较大的情况。逡逑ＩＩ逡逑１１１逡逑图２－２交叉式切尼一特纳光学系统结构示意图逡逑１３逡逑
逡逑为２．邋８５Ｖ左右。光谱响应曲线如图３－２所示，其在紫外波段的光谱响应不高，需逡逑要使用特殊的处理方法进行处理将在后面的章节中详细介绍。逡逑ｉ：｜逦４／ｆ逦＇：：Q冨义蟽锶耆义希埃村危皱五义希埃冲危皱五义希埃插危苠五义希埃卞危阱义希板五邋邋邋邋濉卞义希矗埃板危担埃板危叮埃板危罚埃板危福埃板危梗埃板危保埃埃板义希祝幔觯澹欤澹睿纾簦桢澹郏咤义贤迹常插澹桑蹋兀担担矗鹿馄紫煊η咤义希常玻膊问杓乒体义显谌范ǎ茫茫囊院螅纯梢愿萆衔闹刑岢龅姆椒ń泄馄滓遣问纳杓坪湾义霞扑恪＜褐茫茫南衩婵矶龋剑玻福叮罚玻鳎鳎源宋鸬憧忌杓啤Ｎ⑿凸馄滓侵幸诲义习愎庹ざ疾捎靡患堆苌涔馄祝嗜〔罚澹藉澹保澹棋澹藉澹
本文编号：2824659
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/2824659.html
