LIBS小型中阶梯光谱仪光学设计及像质评价
发布时间：2021-05-14 21:31
激光诱导击穿光谱技术（LIBS）作为一种新兴的原子光谱分析技术,拥有快速、多元素同时测量、原位检测等优点,被广泛用于土壤重金属检测等领域中。作为LIBS系统的核心组成部分——中阶梯光谱仪,它的性能好坏决定着LIBS的光谱检出限和检测精度。本文针对LIBS在土壤重金属检测中的应用需求,设计一种宽波段、高分辨率的小型中阶梯光谱仪,利用zemax软件实现光谱仪的光学设计,评价光谱仪的成像质量,完成中阶梯光谱仪样机的研制。论文的主要研究内容如下:1.从中阶梯光谱仪的基本理论出发,分析中阶梯光栅的原理特性,介绍中阶梯光谱仪的系统组成,分析中阶梯光谱仪不同于普通光谱仪的特点。2.重点研究中阶梯光谱仪的光学设计方法,从光路设计和元件参数关系两方面进行研究。提出李特洛（Littrow）光路和切尔尼-特纳（Czerny-Turener）光路相结合的设计方法,建立光学元件参数与光谱仪光谱范围和光谱分辨能力之间的数学关系模型,分析光学元件之间的尺寸关系。Zemax仿真实现中阶梯光谱仪光学设计。3.为保证光谱仪在光谱范围内拥有高的光谱分辨能力,对中阶梯光谱仪的像差进行研究,分别提出球差、彗差和像散的矫正方法。...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 相关技术概述
1.2.1 LIBS技术的研究现状
1.2.2 LIBS技术对光谱分光系统的要求
1.2.3 中阶梯光谱仪研究现状
1.3 论文研究内容及章节安排
1.4 本章小结
第二章 中阶梯光谱仪的基础理论
2.1 中阶梯光栅的特性
2.2 中阶梯光谱仪的系统组成
2.2.1 光源系统
2.2.2 准直系统
2.2.3 色散系统
2.2.4 聚焦系统
2.2.5 检测记录和显示系统
2.3 中阶梯光谱仪原理及特性
2.3.1 中阶梯光谱仪原理
2.3.2 光谱重叠与交叉色散
2.3.3 狭缝像倾斜
2.3.4 中阶梯光谱仪的能量传输效率
2.3.5 中阶梯光谱仪光谱分辨能力
2.4 本章小结
第三章 中阶梯光谱仪光学设计
3.1 中阶梯光谱仪的光路设计
3.1.1 几种光路结构介绍
3.1.2 Littrow与Czerny-Turner结合光路设计
3.2 元件参数与仪器性能参数关系建立
3.2.1 元件参数与仪器光谱范围关系
3.2.2 元件参数与仪器光谱分辨能力关系
3.2.3 元件尺寸关系
3.3 中阶梯光谱仪设计实例
3.3.1 仪器整体方案设计
3.3.2 仪器元件参数的确定
3.3.3 光学设计结果分析
3.4 本章小结
第四章 中阶梯光谱仪优化设计和成像质量评价
4.1 像差理论
4.2 光学系统的像差分析和矫正
4.2.1 球差的矫正
4.2.2 彗差的矫正
4.2.3 像散的矫正
4.3 中阶梯光谱仪优化设计
4.3.1 优化设计方案
4.3.2 优化设计结果
4.4 成像质量评价
4.4.1 点列图
4.4.2 像差特性曲线
4.4.3 能量分布曲线
4.5 本章小结
第五章 中阶梯光谱仪样机研制与性能测试
5.1 中阶梯光谱仪样机研制
5.1.1 光学元件固定件设计
5.1.2 样机整体设计
5.2 中阶梯光谱仪样机性能测试
5.2.1 样机测试条件
5.2.2 测试结果
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维全谱高分辨中阶梯光谱仪光学系统设计[J]. 张瑜峰,武建芬,朱青松,杜辉,王宇,王泰升. 光学学报. 2015(04)
[2]消像散型Czerny-Turner成像光谱仪图像变形校正研究[J]. 唐义,郑成,南一冰,李飞,郭蕾. 光学学报. 2015(01)
[3]全国土壤污染状况调查公报[J]. 中国环保产业. 2014(05)
[4]高分辨率中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路设计[J]. 张尹馨,杨怀栋,邓超,黄战华,金国藩. 光谱学与光谱分析. 2013(06)
[5]中阶梯光栅光谱仪的光学设计[J]. 唐玉国,宋楠,巴音贺希格,崔继承,陈今涌. 光学精密工程. 2010(09)
[6]激光诱导击穿光谱技术分析土壤中的Cr和Sr[J]. 黄基松,陈巧玲,周卫东. 光谱学与光谱分析. 2009(11)
[7]中阶梯光栅的应用研究进展[J]. 谢品,倪争技,黄元申,张大伟,张永康. 激光杂志. 2009(02)
[8]土壤中微量重金属元素Pb的激光诱导击穿谱[J]. 许洪光,管士成,傅院霞,张先燚,许新胜,季学韩,凤尔银,郑荣儿,崔执凤. 中国激光. 2007(04)
[9]高分辨率阶梯光栅光谱仪的光学设计[J]. 武旭华,朱永田,王磊. 光学精密工程. 2003(05)
[10]位相光栅色散特性的矢量衍射理论分析[J]. 巴音贺希格,齐向东,唐玉国. 物理学报. 2003(05)
博士论文
[1]宽波段叶阶梯光栅光谱仪设计与标定方法研究[D]. 陈少杰.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
硕士论文
[1]多通道快速光谱解析系统[D]. 沈杭城.浙江大学 2006
本文编号：3186364
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 相关技术概述
1.2.1 LIBS技术的研究现状
1.2.2 LIBS技术对光谱分光系统的要求
1.2.3 中阶梯光谱仪研究现状
1.3 论文研究内容及章节安排
1.4 本章小结
第二章 中阶梯光谱仪的基础理论
2.1 中阶梯光栅的特性
2.2 中阶梯光谱仪的系统组成
2.2.1 光源系统
2.2.2 准直系统
2.2.3 色散系统
2.2.4 聚焦系统
2.2.5 检测记录和显示系统
2.3 中阶梯光谱仪原理及特性
2.3.1 中阶梯光谱仪原理
2.3.2 光谱重叠与交叉色散
2.3.3 狭缝像倾斜
2.3.4 中阶梯光谱仪的能量传输效率
2.3.5 中阶梯光谱仪光谱分辨能力
2.4 本章小结
第三章 中阶梯光谱仪光学设计
3.1 中阶梯光谱仪的光路设计
3.1.1 几种光路结构介绍
3.1.2 Littrow与Czerny-Turner结合光路设计
3.2 元件参数与仪器性能参数关系建立
3.2.1 元件参数与仪器光谱范围关系
3.2.2 元件参数与仪器光谱分辨能力关系
3.2.3 元件尺寸关系
3.3 中阶梯光谱仪设计实例
3.3.1 仪器整体方案设计
3.3.2 仪器元件参数的确定
3.3.3 光学设计结果分析
3.4 本章小结
第四章 中阶梯光谱仪优化设计和成像质量评价
4.1 像差理论
4.2 光学系统的像差分析和矫正
4.2.1 球差的矫正
4.2.2 彗差的矫正
4.2.3 像散的矫正
4.3 中阶梯光谱仪优化设计
4.3.1 优化设计方案
4.3.2 优化设计结果
4.4 成像质量评价
4.4.1 点列图
4.4.2 像差特性曲线
4.4.3 能量分布曲线
4.5 本章小结
第五章 中阶梯光谱仪样机研制与性能测试
5.1 中阶梯光谱仪样机研制
5.1.1 光学元件固定件设计
5.1.2 样机整体设计
5.2 中阶梯光谱仪样机性能测试
5.2.1 样机测试条件
5.2.2 测试结果
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维全谱高分辨中阶梯光谱仪光学系统设计[J]. 张瑜峰,武建芬,朱青松,杜辉,王宇,王泰升. 光学学报. 2015(04)
[2]消像散型Czerny-Turner成像光谱仪图像变形校正研究[J]. 唐义,郑成,南一冰,李飞,郭蕾. 光学学报. 2015(01)
[3]全国土壤污染状况调查公报[J]. 中国环保产业. 2014(05)
[4]高分辨率中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路设计[J]. 张尹馨,杨怀栋,邓超,黄战华,金国藩. 光谱学与光谱分析. 2013(06)
[5]中阶梯光栅光谱仪的光学设计[J]. 唐玉国,宋楠,巴音贺希格,崔继承,陈今涌. 光学精密工程. 2010(09)
[6]激光诱导击穿光谱技术分析土壤中的Cr和Sr[J]. 黄基松,陈巧玲,周卫东. 光谱学与光谱分析. 2009(11)
[7]中阶梯光栅的应用研究进展[J]. 谢品,倪争技,黄元申,张大伟,张永康. 激光杂志. 2009(02)
[8]土壤中微量重金属元素Pb的激光诱导击穿谱[J]. 许洪光,管士成,傅院霞,张先燚,许新胜,季学韩,凤尔银,郑荣儿,崔执凤. 中国激光. 2007(04)
[9]高分辨率阶梯光栅光谱仪的光学设计[J]. 武旭华,朱永田,王磊. 光学精密工程. 2003(05)
[10]位相光栅色散特性的矢量衍射理论分析[J]. 巴音贺希格,齐向东,唐玉国. 物理学报. 2003(05)
博士论文
[1]宽波段叶阶梯光栅光谱仪设计与标定方法研究[D]. 陈少杰.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
硕士论文
[1]多通道快速光谱解析系统[D]. 沈杭城.浙江大学 2006
本文编号：3186364
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