高分辨率微型光谱仪的光学系统设计

发布时间：2023-05-17 22:51

　　光谱仪是一种兼顾光谱学与成像技术的光学仪器,传统的光谱仪器由于体积庞大,价格昂贵,不能在线检测等因素,其应用范围受到极大制约,随着多方向技术的发展与市场应用需求,微型化已经成为光谱仪的发展趋势。本文主要针对基于平面光栅的Czerny-Turner光学结构光谱仪进行了详细分析与阐述。高分辨率微型光谱仪的设计目的是对“平板显示屏自动光学检测仪器开发和应用”项目中的白光色散共焦测量系统出射光进行光谱测量。根据白光色散共焦测量系统的测量要求,设计的微型光谱仪光谱范围为300-800nm(包含可见光谱波段范围),光谱分辨率达到1nm。论文介绍了光谱仪的核心器件光栅。分析了微型光谱仪中所常用的平面反射衍射光栅的色散原理以及光栅特性,并使用TracePro软件进行了光栅的详细分析实验。分析了狭缝大小、光栅等对光谱仪分辨率的影响。在光学设计方面,结合几何光路原理和像差校正的研究,提出了光谱仪元件参数选取的反馈优化流程,并给出了系统的设计流程,对光学系统进行了公差分析。最终设计出了高分辨率微型系统,并完成了 ZEMAX仿真。在微型光谱仪样机的研制中,综合考虑电路设计、电机械结构设计和软件设计完成了样机的...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 微型光谱仪的发展及现状
    1.2 论文的研究意义与具体研究内容
        1.2.1 论文的研究意义
        1.2.2 论文研究的主要内容
第二章 微型光谱仪的结构及工作原理
    2.1 微型光谱仪的内部结构
    2.2 光栅分析实验和光谱分辨率分析
        2.2.1 光栅结构与原理
        2.2.2 光栅结构分析
        2.2.3 光谱分辨率及其影响因素
    2.3 本章小结
第三章 高分辨率微型光谱仪的光路设计
    3.1 微型光谱仪的设计目标
    3.2 光学系统的选择
    3.3 Czerny-Turner系统中的像差分析与校正
        3.3.1 球差的校正
        3.3.2 慧差的校正
        3.3.3 像散的校正
        3.3.4 场曲的校正
    3.4 M型Czerny-Tumer光学系统优化设计
        3.4.1 系统结构的参数设计
        3.4.2 模拟优化与分析
        3.4.3 系统公差分析
    3.5 本章小结
第四章 微型光谱仪实验样机的研制
    4.1 关键器件的选取
        4.1.1 狭缝的选取
        4.1.2 准直镜与聚焦镜的选取
        4.1.3 闪耀光栅的选取
        4.1.4 探测器选取
    4.2 实验系统的搭建
        4.2.1 光谱仪中的电路设计
        4.2.2 机械结构的设计
    4.3 软件架构的设计
    4.4 本章小结
第五章 微型光谱仪的光谱定标与实验
    5.1 光谱定标的内容及方法
    5.2 光谱定标实验结果
    5.3 光谱分辨率的测量实验
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 后续展望
参考文献
攻读硕士期间的研究成果



本文编号：3818158