紫外微型光谱仪的光学设计及其探测器紫外增敏技术研究

发布时间：2017-09-29 08:46

  本文关键词：紫外微型光谱仪的光学设计及其探测器紫外增敏技术研究

  更多相关文章： 微型光谱仪 紫外光谱 光学设计 CCD紫外增敏

【摘要】：近年来,随着紫外微型光谱仪在分析化学、农药残留检测、水质监测等领域的应用越来越广泛,对光谱仪的像差、分辨率和光谱范围等性能要求也不断提高。本论文基于交叉非对称的切尔尼-特纳光路结构设计了紫外微型光谱仪的光学系统,使用ZEMAX软件对光路进行了模拟、优化和像质评价。同时,为解决光谱仪中前照式CCD探测器对紫外光谱弱响应的问题,开展了对该类探测器的紫外响应增强技术研究。除去CCD的表面玻璃保护罩,基于旋涂法将荧光粉Lumogen S 0795镀膜在CCD像敏面上,利用荧光效应实现紫外光-可见光的波长转换,增强CCD对紫外光谱的响应能力。最后,基于以上光学设计,自行研制并装调了一台光谱仪样机。通过对比CCD镀膜前后在光谱仪器中对紫外光谱的不同响应,对紫外增敏技术进行了评价,同时对CCD紫外增敏后光谱仪系统的分辨率等相关参数的改变进行了研究。论文主要包括以下几个方面的内容:1、基于交叉非对称的切尔尼-特纳(C-T)光路结构,设计紫外微型光谱仪的光学系统,并对光谱仪系统的理论分辨率进行分析讨论。使用ZEMAX软件对光路结构进行模拟、优化和像质评价,当采用30μm狭缝和1800线/mm光栅时,模拟光学系统在180~270 nm光谱范围内整体分辨率优于0.5 nm,在180 nm附近最高分辨率达到0.1 nm,各类像差图说明条纹像斑在色散方向规则且集中,各种像差控制在容限内,空间频率为5lp/mm时,传递效率50%以上。2、采用德国BASF公司生产的Lumogen?Yellow S 0795荧光粉与有机溶剂硝化纤维素、无水乙醇按照0.08g:0.7g:0.3g的比例混合后,基于旋涂法先后在玻璃基片和TCD 1304线阵CCD的光敏面上进行镀膜实验研究,有效控制膜层厚度、均匀性和表面光滑性。3、研制了一台紫外微型光谱仪样机,采用卤钨灯、低压汞灯和氘灯对光谱仪的光路系统进行装调。检测对比CCD镀膜前后对同一波段范围(217~318nm)的紫外离散和连续光谱响应,分析得出:CCD镀膜后紫外响应相对增强系数大于8.7倍,短波截止波长从310 nm蓝移至200 nm以下,同时可见光谱强度几乎没有变化。最后,对比得出CCD镀膜前后365 nm谱线的像素分辨率仅相差3 pixel。以上实验分析说明,本论文采用的CCD紫外增敏实验方案在不影响光谱仪器分辨率的前提下,使前照式线阵CCD获得了良好的紫外响应增强效果,并且不影响可见光的透过性。
【关键词】：微型光谱仪 紫外光谱 光学设计 CCD紫外增敏
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.1;TN23
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 1 绪论15-25
• 1.1 引言15-17
• 1.2 国内外研究进展及现状17-22
• 1.2.1 紫外微型光谱仪的国内外研究进展及现状17-20
• 1.2.2 CCD紫外增敏技术的国内外研究进展及现状20-22
• 1.3 本论文的主要研究内容和研究意义22-25
• 1.3.1 主要研究内容22-23
• 1.3.2 研究意义23-25
• 2 紫外微型光谱仪的光学系统设计25-46
• 2.1 色散型光谱仪的基本原理25-36
• 2.1.1 基本特性25-27
• 2.1.2 光路结构27-32
• 2.1.3 像差分析32-36
• 2.2 紫外微型光谱仪的光学系统设计36-40
• 2.2.1 光路设计36-38
• 2.2.2 理论分辨率分析38-40
• 2.3 ZEMAX软件模拟和优化光路系统40-44
• 2.3.1 模拟和优化光路系统41
• 2.3.2 像质评价41-44
• 2.4 光谱仪样机实际性能检测44-45
• 2.5 本章小结45-46
• 3 紫外微型光谱仪的光电探测器46-60
• 3.1 CCD图像传感器46-51
• 3.1.1 CCD的基本工作原理47-49
• 3.1.2 CCD的基本特性49-50
• 3.1.3 东芝TC D 1304 线阵CC D50-51
• 3.2 CCD蓝敏技术研究51-54
• 3.2.1 背照减薄型CCD52-54
• 3.2.2 前照式CC D的紫外响应增强研究54
• 3.3 TCD 1304 线阵CCD的紫外增敏实验54-59
• 3.3.1 实验原理54-55
• 3.3.2 实验过程55-59
• 3.4 本章小结59-60
• 4 基于紫外增敏线阵CC D的微型光纤光谱仪60-67
• 4.1 紫外微型光谱仪样机装调60-63
• 4.2 紫外增敏CCD的荧光效果检测63-65
• 4.2.1 紫外离散光谱强度相对增强系数63-64
• 4.2.2 紫外截止波长64-65
• 4.3 紫外增敏CCD对光谱仪分辨率的影响65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 5 总结与展望67-69
• 5.1 总结67
• 5.2 展望67-69
• 参考文献69-72
• 作者简历72

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李春亮;企业标准《光学设计规范》设想[J];航空标准化与质量;1988年05期

2 刘丽君;光学设计的发展[J];光学技术;1993年06期

3 ;中国科学院上海光学精密机械研究所2006年光学设计高级讲习班(第一轮通知)[J];光学学报;2006年06期

4 ;用光学方法显示旋转物体的扭变──光学扭力测功机光学设计的研究[J];物理;1977年01期

5 孙永发;;光学设计中的经济效益问题[J];现代兵器;1984年07期

6 王效才;;光学设计中的经济问题[J];光学工程;1985年04期

7 吴长发;;灵活使用光学设计程序的探讨[J];应用光学;1992年02期

8 周川钊，谢树森，，林祺榕;动态测量装置光学设计中几个问题的探讨[J];福建师范大学学报(自然科学版);1994年01期

9 薛鸣球;;我所光学设计工作的发展[J];光学机械;1982年03期

10 叶宝珠;;精缩镜头光学设计[J];光学工程;1983年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 崔庆丰;;现代光学设计的进展[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

2 蔡直佑;咇碽);杝今尉;[kav成;;微型化自行车车前灯之光学设计[A];海峡两岸第十七届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C];2010年

3 李淑忠;;机载高分辨率侦察系统光学设计[A];黑龙江、江苏、山东、河南、江西 五省光学（激光）联合学术‘13年会论文（摘要）集[C];2013年

4 黄雷;胡雯雯;杨志文;;宽光谱、长焦距准直物镜光学设计[A];2007年光电探测与制导技术的发展与应用研讨会论文集[C];2007年

5 葛婧菁;;双波段便携式荧光眼底血管造影的光学设计[A];第四届中国科学院博士后学术年会暨工业经济与可持续发展学术会议论文集[C];2012年

6 李丽娟;高t@含;宋芳;谭清中;;CCTV监控镜头光学设计及优化技术[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

7 T3

本文编号：941065