平面光栅双单色仪的光学系统设计

平面光栅双单色仪是构成光栅衍射效率测试仪的重要组成部分,为了完成光栅衍射效率测试仪的研制,需要对平面光栅双单色仪的光学系统进行设计和模拟。仪器主要由光源、前置单色仪、测量单色仪和探测器组成;结合仪器的实际使用需要,确定了光源、探测器和光路结构,根据仪器的设计要求,分别对前置单色仪和测量单色仪的光学系统进行设计和模拟,给出了各自光学系统的像面点列图和实际光线追迹数据。设计结果保证了仪器光学系统的测量准确性。     

小型高光谱分辨率光栅单色仪的研制

单色仪是成像光谱仪进行光谱连续定标的必备设备,为了对高光谱成像光谱仪进行连续光谱定标,设计了一种轻小型高光谱分辨率的光栅单色仪。采用水平式Czerny-Turner光路结构,以高光谱分辨率为出发点,通过推导计算,从光栅选型、焦距计算、狭缝尺寸的确定等方面详细论述了光栅单色仪的设计思路,给出仪器的重要必要结构参数,并论述了这些结构参数对仪器光谱分辨率和体积的影响。根据光栅单色仪的光路特点,对入射狭缝组件、准直物镜组件和成像物镜组件、扫描结构、机身等进行轻小型机械结构设计,并给出正弦杆扫描机构的结构参数与仪器输出波长和波长扫描精度的数学关系,完成了仪器的整体结构设计和装调。应用汞灯可见光光谱进行波长定标,采用最小二乘法得到定标曲线,并提出步进数极限误差与定标曲线相结合的方法,求得仪器的波长重复性和波长准确度;仪器在400~800 nm波长范围内,光谱分辨率优于0.1 nm,波长重复性达±0.096 6 nm,波长准确度达±0.096 9 nm。     

Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准

研究了Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准技术。结合单色仪的结构参数和特点,提出以符合光栅方程的正弦曲线作为仪器出射波长的校准方程,基于最小二乘法原理给出校准方程的拟合残差表达式,由于校准方程的非线性,应用二维Nelder-Mead单纯形法求解拟合残差的待定系数,建立了波长与光栅转角的精确表达式,并通过实验验证了该算法的准确性。结果表明,经过校准的单色仪波长定位精度小于0.1nm,比设计要求提高一个数量级。该方法在Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准过程中,应用简单,容易实现,只需稍加修改步进电机的控制程序,即可完成对仪器出射波长的快速实时校准,实用性强。     

凹面全息光栅单色仪设计

提出了单色仪在光纤传感系统中的应用,通过分析Ⅳ型凹面全息光栅的光程函数、像差校正原理和像差校正效果,以光栅为分光元件,设计了一种小型凹面光栅单色仪。单色仪使用自聚焦透镜作为入射狭缝和准直元件,PIN光电二极管作为接收元件,使用步进电机带动凹面光栅旋转扫描光谱。LabVIEW程序控制数据采集卡的数字输出,并显示采集到的光谱。单色仪结构简单、价格低廉,通过实验实现了对单色光的检测。     

小型宽波段凹面全息光栅单色仪的优化设计

随着户外物性分析实验的日渐增多,开发轻小型、便携式,且响应波段范围宽的光谱仪器的需求越来越迫切。根据凹面全息光栅均方根优化理论,设计了一款轻小型宽波段单色仪。该单色仪主要由三块IV型凹面全息光栅和上下两层可旋转的平台组成,三块光栅对称地固定于上层平台上,由一台步进电机带动上层平台旋转实现光栅之间的切换,另一台步进电机带动下层平台旋转实现单块光栅的扫描。三块光栅的响应波长范围分别为400～1000,1000～1700和1700～2500nm,其理论分辨极限分别优于2.5,2.8和4.0nm。并对三块光栅的制作误差和双层平台结构误差进行了分析,结果表明,在能够保证的误差范围内,该单色仪的光谱质量可以较好地满足户外光谱分析的要求。     

关于狭缝对若干分光仪器分辨率影响的讨论

讨论了光栅衍射及单色仪普物理实验中仪器的狭缝光阑对仪器分辨率的影响,并对教材中相应部分进行了分析和讨论,提出了改进意见。     

三光栅单色仪标定方法研究

 单色仪是一种分光仪器,它通过色散元件的分光作用,把一束复色光分解成不同波长的单色光。文章提出了针对三光栅扫描色散机构单色仪的标定方法。对于采用正弦扫描机构的单色仪多采用多项式拟合方法实现波长标定,其精度高低取决于标定点数的多少。在全波长范围内,多项式拟合标定方法的精度有限。文章根据三光栅扫描单色仪的实际设计方案,采用正弦曲线拟合方法。光栅方程本身符合正弦规律,少量的标定点就可以满足拟合精度要求。适当选取待定参数,可以大幅度减少拟合运算过程中的计算复杂性。根据仿真软件的分析结果,其波长拟合偏误差小于0.5 nm。     

极紫外、软X-射线变线距平面光栅单色仪的研究

高性能极紫外、软X射线单色仪的研制对高亮度同步辐射光源的应用具有十分重要的意义。对Itou的变线距平面光栅单色仪作了详细的分析研究,发现它的光栅工作曲线几乎与单色仪的入、出射臂长度等参量无关,仅取决于单色仪设计的边界条件。其曲线方程和SX-700单色仪的完全类似。该单色仪不仅具有很好的光栅效率和高级次谐波抑制性能,而且有利于几条光束线共享一个电子储存环窗口的光路优化设计。     

基于遗传算法的全息光栅逆向优化设计

光栅是单色仪的核心器件,光栅的像差校正能力对单色仪性能有着决定性作用.本文研究了基于光线追迹点列图数值分析的遗传算法实现,建立了针对全息光栅成像质量的评价函数,并利用遗传算法实现了全息光栅的优化设计.结果表明,利用遗传算法可以简化求解过程,降低最优参量的误差,并克服局部极值的问题,明显优于阻尼最小二乘法.     

基于遗传算法的全息光栅逆向优化设计

光栅是单色仪的核心器件,光栅的像差校正能力对单色仪性能有着决定性作用.本文研究了基于光线追迹点列图数值分析的遗传算法实现,建立了针对全息光栅成像质量的评价函数,并利用遗传算法实现了全息光栅的优化设计.结果表明,利用遗传算法可以简化求解过程,降低最优参量的误差,并克服局部极值的问题,明显优于阻尼最小二乘法.     

宽波段单色仪多级谱高精度波长定标

通常利用单色仪输出的单色光对空间遥感光谱仪进行波长定标。提出以空间遥感光谱仪的置信度为标准,来评价宽波段单色仪高精度波长定标精度的方法。通过对仪器精度的分析,分别求出单色仪的波长的重复性误差和偏差。应用高压汞灯的本征谱和光栅衍射多级谱作为定标谱线,避免更换灯源带来的误差。通过粗细定标相结合的方法,缩短扫描时间,并且运用高斯拟合对波峰进行精确定位,缩小误差。最后利用高次拟合得到的关系式,测出单色仪波长精度,计算出空间遥感光谱仪定标的置信度。以1.5 M单色仪为例,单色仪在200～840 nm波段内波长精度±0.016 nm,则空间遥感光谱仪的波长精度达到±0.050 nm的置信度为99.82%。     

超环面全息光栅记录参数的选取

为制造消象差的、用于濑谷-波冈单色仪上的超环面全息光栅,我们发展了一种计算方法,本文描述了确定适当记录参数的程序,理论上的结果表明了这个计算方法是可用的.     

一种准确聚焦掠入射球面光栅单色仪的光学设计

提出了一种用于低碎屑激光等离子体软X射线光谱测试的球面光栅单色仪的光学设计方案。其设计思想是通过改变衍射光栅的偏向角使入射狭缝在所要求的波段范围内都能准确聚焦在出缝处,分析了系统的在数对单色仪技术指标的影响,优化了设计方案,使系统在13nm处的分辨率λ/Δλ≥2000（狭缝开启50um)。     

全息凹面光栅单色仪

此种单色仪专配焦比约为F/3的全息凹面光栅。在机械结构简单的前提下,设计了一种新光路,使其聚焦精度尽可能地提高。设计的基本思想是在濑谷-布岗(Seya-Namioka)和Johnson装置的基础上另选转轴的位置,并选用两个标准波长来校正光谱,这类似于三点统调法。所得结果比濑谷-布岗装置和Johnson装置都有改善。按照这种设计装架了JS-II型凹面光栅单色仪。仪器可在波长为2500?至10000?范围内工作,在3500?至6500?范围内,由于聚焦偏离而引起的分辨率损失不超过1?。 关键词：     

使用光栅单色仪测量红宝石晶体的吸收和发射光谱

使用WDS-8型光栅单色仪测量了室温下红宝石晶体的吸收光谱和发射光谱.通过该实验,学生在了解光致发光原理及光致发光材料光谱特性的同时,掌握单色仪的使用方法和技巧.     

利用光栅单色仪测量罗丹明6G溶液吸收光谱

在室温下使用WDS-8型光栅单色仪,测量了不同浓度的罗丹明6G水溶液标准样品的吸收光谱,获得标准样品的吸光度,根据光吸收基本定律:朗伯-比尔定律,建立吸光度与样品浓度的工作曲线,通过测量未知浓度样品的吸收光谱得到吸光度,根据工作曲线获取未知浓度样品的浓度.本实验拓展了以光栅单色仪为平台构建的光谱测量系列实验的内容.     

单色仪转角重复精度的相位板衍射准直方法测量

为准确测量上海光源软X射线谱学显微光束线采用的变包含角平面光栅单色仪的转角重复精度,提出了一种新的基于相位板衍射准直技术的测量方法.该方法将半导体激光单模光纤和相位板衍射准直技术结合起来,利用面阵CCD采集图像,通过测量光斑的位移变化确定平面镜和光栅的角度变化.实验表明.该方法可以测量掠入射情况下单色仪联动时的转角重复精度,测量精度可达士0.1",此测量精度优于同等实验条件下的商用ELCOMAT 3000自准直仪的测量精度.     

1.5米高分辨率光栅单色仪

一、仪器结构1.光路 仪器光路采用单通和双通合一,单色仪和摄谱仪合一的结构,光路系统是典型之字形排列的彗差相消的C-T型,光路主要组成部分为一块全息光栅,两块凹球面反射镜,两个狭缝,一组滤光片,摄谱转向镜和暗盒,以及为达到两次色散(双通)而设置的二块平面反射镜.2.扫描机构 仪器由微机或驱动控制器控制步进电机带动正弦机构实现波长扫描,在自动控制器控制扫描时,通过按键可以进行正常扫描,重复扫描,快速返回及停止等操作功能,改变电阻和用分频方式控制步进电机可得0.05～50nm/分10种扫描速度.     

4～120 nm波段的单色仪光束线设计

合肥国家同步辐射实验（ＮＳＲＬ）在表面物理光束线中应用了新的简单平面光栅单色仪作为分光仪器。它采用平面光栅和球面镜我学成像系统,波长选择由光栅绕其中心轴转动和球面绕一镜面外的轴转动完成,单色仪在４－１２０ｎｍ光谱范围内具有高的光学传输效率、高的光谱分辨率。     

一种自组智能型单色仪

单色仅是一种利用色散元件把复色光分解为准单色光的光谱仪器，可用于各种光谱特性的研究。本文讨论一种自用的用微机控制色散元件的单色仪．从而实现单色仪的定标及使用的智能化。