基于平板波导的小型红外光栅光谱仪光学设计

发布时间：2017-07-19 22:05

  本文关键词：基于平板波导的小型红外光栅光谱仪光学设计

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【摘要】：为实现红外光谱仪器的小型化,通过分析现有小型光谱仪,提出了一种基于平板波导的小型红外光栅光谱仪的设计方法。平板波导光谱仪的小型化原理与一般的微小型光谱仪不同。在平板波导光谱仪中,光束被限制在一层薄薄的平板波导介质中传播,看起来像是整个光学系统被压扁了。在垂直于平板波导的方向上光学元件的尺寸可以做到很小,从而显著减小光学系统的尺寸。该系统的设计可分为Czerny-Turner结构设计、波导结构设计。先根据像差理论设计Czerny-Turner结构,目标是保证光谱分辨率及校正像差;然后根据几何光学理论设计波导结构,包括平板波导和两个柱面透镜,目标是压缩光束并校正像散;最后将它们输入Zemax软件中进行综合优化,以获得最优的光学系统。据此方法设计了一个平板波导红外光栅光谱仪,工作波段为8~12μm,数值孔径为0.22,采用线阵探测器。通过Zemax软件对结果进行分析和评价,表明仪器光学系统的尺寸为130mmX125mmX20mm,工作波段内光谱分辨率达到80nm,满足设计指标要求。证明了该优化设计方法是可行的,所得系统尺寸小、性能高。
【作者单位】： 中国科学院安徽光学精密机械研究所;中国科学院大学;
【关键词】： 小型光谱仪 光学设计 平板波导 Czerny-Turner结构
【基金】：中国科学院合肥物质科学研究院院长基金项目 国家自然科学基金项目(61275173)资助
【分类号】：TH744.1
【正文快照】： 使用的波导为中空波导,由上下两块镀金反射平板组成,也弓|言 采用罗兰光学结构。由于红外波段的凹面光栅设计加工困难,且罗兰光学结构比Czemj^Turner结构的像差大,因此很多物质在红外波段有丰富的分子“指纹”光谱特征,红 应用尚不成熟。外光谱分析技术在环境监测、医学及医药

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 薛庆生;王淑荣;鲁凤芹;;星载车尔尼-特纳型成像光谱仪像差校正的研究[J];光学学报;2009年01期

2 李扬裕;方勇华;刘洋;;小型长波红外光栅光谱仪光学设计[J];大气与环境光学学报;2012年04期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 薛庆生;王淑荣;李福田;林冠宇;段民征;;临边成像光谱仪信噪比分析及实验研究[J];光谱学与光谱分析;2010年06期

2 薛庆生;王淑荣;李福田;林冠宇;汪龙祺;;用于大气遥感探测的临边成像光谱仪[J];光学精密工程;2010年04期

3 薛庆生;王淑荣;李福田;;光栅色散临边成像光谱仪的研究[J];光学学报;2010年05期

4 常凌颖;赵葆常;邱跃洪;汶德胜;马小龙;;声光可调谐滤波器成像光谱仪光学系统设计[J];光学学报;2010年10期

5 于磊;曲艺;林冠宇;王淑荣;;120～180nm星载远紫外电离层成像光谱仪光学系统设计与研究[J];光学学报;2011年01期

6 薛庆生;黄煜;林冠宇;;大视场高分辨力星载成像光谱仪光学系统设计[J];光学学报;2011年08期

7 吴雁;唐义;刘健鹏;张止戈;倪国强;;电离层遥感远紫外成像光谱仪光学系统设计[J];光学学报;2012年01期

8 刘健鹏;唐义;黄刚;张止戈;倪国强;;改进型Czerny-Turner成像光谱仪光学系统设计方法[J];光学学报;2012年03期

9 王婷婷;俞晓峰;顾海涛;马海斌;王健;;二维直读型ICP发射光谱技术发展状况综述[J];光学仪器;2011年01期

10 李扬裕;方勇华;刘洋;;小型长波红外光栅光谱仪光学设计[J];大气与环境光学学报;2012年04期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 宫兴致;宽波段微型光谱仪设计及其应用系统[D];浙江大学;2011年

2 薛庆生;用于空间大气遥感的临边成像光谱仪研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2010年

3 于磊;空间电离层高层大气遥感天底—临边成像光谱仪研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2012年

4 张晓龙;消谱线弯曲长波红外成像光谱仪器的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 徐国伟;激光诱导等离子体光谱仪的研制[D];中国科学技术大学;2010年

2 赵丽新;高速中红外光谱测温系统的研制[D];哈尔滨工业大学;2013年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 张淳民,王炜,相里斌,赵葆常;利用干涉成像光谱技术测量大气风场[J];光学学报;2000年02期

2 彭志红;张淳民;;显微偏振干涉成像光谱仪中景深对系统分辨力的影响[J];光学学报;2006年02期

3 简小华;张淳民;孙尧;吴磊;;一种可调横向剪切量的新型偏振干涉成像光谱仪[J];光学学报;2007年04期

4 薛庆生;王淑荣;鲁凤芹;;星载车尔尼-特纳型成像光谱仪像差校正的研究[J];光学学报;2009年01期

5 郑为建;金伟其;苏君红;;远距离被动红外遥测系统的噪声等效辐射通量密度[J];红外技术;2007年09期

6 郑玉权,禹秉熙;成像光谱仪分光技术概览[J];遥感学报;2002年01期

7 温波;颜昌翔;;便携式分光测色仪光学设计[J];应用光学;2011年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 程梁;微型光谱仪系统的研究及其应用[D];浙江大学;2008年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈亚孚;毛劲松;冯克成;;三层对称平板波导的量子理论研究[J];长春光学精密机械学院学报;1993年02期

2 肖建国,张克潜,宫莲;手征媒质平板波导的传播特性[J];清华大学学报(自然科学版);1997年10期

3 佘守宪,唐莹;用黎卡提变换法分析平板波导传播特性[J];北方交通大学学报;2001年06期

4 王敬益;;截断折射率剖面平板波导的一种精确解法[J];北方交通大学学报;1989年03期

5 吴柳,佘守宪,王健,范玲;能够实现芯区均匀场的几种三层平板波导结构[J];中国科学E辑:技术科学;2002年01期

6 乔力;;渐变平板波导的传播特性修正WKB法分析[J];北方交通大学学报;1989年03期

7 范玲,佘守宪;非线性平板波导TE_0模均匀场分布及其归一化形式[J];北方交通大学学报;2002年03期

8 钱先友;电子以集体方式作用的平板波导Cerenkov自由电子激光的模式分析[J];苏州城建环保学院学报;1996年02期

9 张志林;叶淼;孙伟民;;平板波导的溶胶-凝胶法制备与测试[J];光子学报;2009年03期

10 孔小健;曹华梁;雷选华;胡清平;;变折射率平板波导光耦合器数值分析[J];海军工程大学学报;2011年06期

中国重要会议论文全文数据库 前9条

1 王龙;张玲芬;;左手介质平板波导模式色散特性分析[A];2007年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2007年

2 李炳祥;谢应茂;;含单负材料不对称平板波导色散特性[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

3 王子君;张玲芬;董建峰;;异向介质非对称平板波导特性分析[A];2005'全国微波毫米波会议论文集（第三册）[C];2006年

4 刘德明;阎嫦玲;鲁平;;自聚焦平板波导透镜及其应用[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集（E 光电子器件技术专题）[C];2006年

5 董建峰;张玲芬;;手征负折射平板波导的导模特性研究[A];2005'全国微波毫米波会议论文集（第三册）[C];2006年

6 顾红芳;杨建义;王明华;江晓清;;五层非线性平板波导TE模的特性[A];浙江省光学学会第九届学术年会暨新型光电技术青年论坛论文集[C];2005年

7 阎嫦玲;刘德明;鲁平;;基于自聚焦平板波导的新型AWG理论研究[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集（E 光电子器件技术专题）[C];2006年

8 肖司淼;李宇波;李广波;江晓清;王明华;杨建义;;纳米平板硅波导的特性研究[A];浙江省光学学会第九届学术年会暨新型光电技术青年论坛论文集[C];2005年

9 惠钟立;董新汉;;8mm平板波导裂缝天线和差器中板的精密加工[A];数控设备使用和管理学术研讨会论文集[C];2003年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李素萍;电磁波在左手材料平板波导中的传输[D];上海大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 叶淼;平板波导传感器的设计与分析[D];哈尔滨工程大学;2007年

2 阎嫦玲;基于自聚焦平板波导的光通信器件的研究[D];华中科技大学;2007年

3 刘辉;基于平板波导的头盔显示技术研究[D];浙江大学;2012年

4 牟宁;基于有限元方法的平板波导场模分析[D];江西师范大学;2009年

5 许江勇;含左手材料三层平面波导的研究[D];广西大学;2012年

6 舒建伟;平板波导技术在微小角位移测量中的应用研究[D];上海交通大学;2007年

7 王洋;平板芯光纤及其干涉耦合型器件研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

8 解灵运;基于SOI的二维光子晶体平板波导的研究[D];清华大学;2004年

9 董鹏;双负材料在光波导中的特性研究[D];南京农业大学;2009年

10 王立志;聚合物AWG的结构设计与特性分析[D];吉林大学;2012年

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本文编号：565018