便携式紫外-可见分光光度计的设计

介绍了一种便携式紫外-可见分光光度计的设计方法,该方法采用平场凹面全息光栅及Hamamatsu图像传感器S3904-1024Q为核心设计了小型化的色散系统;将多股光纤的一端排列成长方形直接作为入射狭缝,解决了光谱带宽与光源能量利用率之间矛盾的问题;采用触摸屏作为仪器的输入与输出设备及集成化的小型光纤光源作为仪器的光源。实验结果表明,采用该种方法设计的紫外-可见分光光度计体积小(190 mm×170 mm×100 mm)、操作简单(触摸屏操作)、可以多波长同时在线测量、技术指标符合国家标准。     

便携式分光测色仪光学设计

光学系统是分光光度计的核心部分,以光谱仪基本原理和光学设计理论为基础,以便携化、低成本、且满足设计要求的光谱范围和分辨率为具体设计目标,对李特洛系统、艾伯特-法斯梯系统、切尔尼-特纳系统、交叉式切尔尼-特纳系统这4种可行的设计方案进行了比较与分析,提出以平面衍射光栅作为色散元件的非对称交叉式C zerny-Turner结构作为该设计的系统结构。用光学软件对该系统进行模拟和优化,设计结果表明:设计的系统光谱范围为360 nm～740 nm,光谱分辨率为10 nm、F数为5.25、光谱展开为44.1 mm、系统体积约80 mm×69 mm×62 mm,满足精度高、体积小及成本低等设计要求。     

一种基于MEMS微硅多狭缝分光光度计

研制出了一种采用后分光技术,微硅片多狭缝进行像元分割,硅光电二极管阵列为探测器的微型分光光度计。分析了光谱带宽对测试得到的溶液吸光度线性相关性的影响,讨论了分光前后狭缝宽度与分光光度计光谱带宽之间的关系,为分光光度计前后狭缝的设计提供了理论依据。采用MEMS(微机电系统)工艺制造出了体积小、精度高、厚度薄的一体式微硅片狭缝,并将其应用于分光光度计中。采用此分光光度计对线性吸光度溶液进行测试,结果表明线性相关系数大于0.999,说明所研制的采用微硅片狭缝的分光光度计具有高度线性相关性。     

冰洲石偏光棱镜在分光光度测量中的应用

以IR-460岛津双光束分光光度计为例提出一种用于5μ以下分光光度测量的红外格兰·空气隙偏光棱镜。对棱镜的设计原理、测量光路设置及提高测量精度的调整方法作了分析,比较了棱镜在三种不同方位的基线光谱。     

分光测色仪的设计研究

介绍了测色分光光度计的基本要求和特点 ;简要说明了测色分光光度计软件系统的基本组成和要求 ;分析了波长范围对色度计算精度的影响 ;并对色度计量中标准白板的要求做了介绍     

水质在线监测仪用微型分光系统的设计与分析

基于交叉非对称式切尔尼-特纳系统设计了一种宽光谱高分辨率微型分光系统,采用Zemax光学设计软件进行了光路设计、优化及像质分析后,得到了尺寸为70mm×42mm×15mm、波长范围为200~750nm、分辨率为1.5nm的分光系统,并搭建了实验光路对设计结果进行了性能验证,结果表明该系统满足了设计指标要求,具有小型化、高分辨率、结构简单、成本低等特点,可应用于水质在线自动分析仪器中进行多种水质参数的监测。     

DSP和ADS8364高速采集系统在新型分光光度计中的应用

介绍了最新研发的新型智能化紫外可见双光束分光光度计的原理,重点介绍数字信号处理器（DSP）TMS320LF2407A和高速多通道模数转换器ADS8364组成的高速、高精度、同步信号采集和控制系统的设计原理和实现方案。     

发光二极管光、色测试系统

为适应特殊照明用白光发光二极管(white light—emitting diode以下缩写为WLED)研制开发的需要，设计加工了φ100mm的积分球，通过光纤与现有的荧光分光光度计测量单元耦合，构成LED光、色测试系统。该系统首先给出LED的相对光谱功率分布，据此计算出LED的总光通量等光、色参数。这种方法避免了用一般光度计测总光通量时必须进行色修正的麻烦，也避免了因色修正不充分所带来的较大误差。     

用分光光度法研究非晶硅薄膜的光学性质

提出了一种测量薄膜透射光谱的方法.该方法用自制的夹具改进了分光光度计,保证了在测量大小不同的样品时参考光的强度和入射到待测样品上光的强度相同.利用改进后的分光光度计测量了沉积在玻璃衬底上非晶硅薄膜的透射光谱,并对透射光谱进行了拟合和计算,确定出非晶硅薄膜的光学常量和厚度.     

静止轨道全谱段宽覆盖成像光谱仪光学系统设计与高保真分光系统研制

根据静止轨道特点，分析设计覆盖近紫外至长波红外波段的成像光谱仪光学系统，将0.3～12.5μm的光学全谱段细分为5个子谱段并集成于光学系统，每个子谱段均采用4个分光系统在视场内拼接实现宽幅所需的超长狭缝，狭缝总长最长达241.3 mm，通过内扫描实现400 km×400 km地面覆盖。重点研究满足拼接要求的紧凑型长狭缝分光系统，指出其实现高保真分光成像需满足低畸变、低杂散、高信噪比、均匀光谱响应等条件。据此，设计基于凸面闪耀光栅的Offner型和Wynne-Offner型高保真分光系统，并研制各个子谱段的原理样机。给出全谱段长狭缝和凸面闪耀光栅两种核心元件的研制结果，单条狭缝最长达61.44 mm,5个谱段的光栅槽密度范围为8.8～312.1 lp/mm，峰值效率均在70%以上，最高达86.4%。以可见近红外和长波红外两个谱段为例，给出分光系统装调和测试过程，结果表明所研制的分光系统具有高保真性能，各项指标均满足要求。     

基于平板波导的小型红外光栅光谱仪光学设计

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8~12 μm,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130 mm×125 mm×20 mm,工作波段内光谱分辨率达到80 nm,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。     

改进型Czerny-Turner成像光谱仪光学系统设计方法

像散是目前影响Czerny-Turner结构成像光谱仪空间分辨率最大的像差。首先引入柱面反射镜,利用光焦度衡量像散大小,推导出易于计算的像散校正公式,有效地校正了像散。给出准直镜到光栅距离的计算方法,有效校正了成像光谱仪边缘视场像差。给出了成像光谱仪像面倾角的计算方法,实现了宽波段的像差校正。最终利用上述方法设计了一套用于115～200nm的改进型Czerny-Turner成像光谱仪,焦距f′=48mm,F数为5.0,全视场、全波段调制传递函数(MTF)在0.7以上。全波段光谱分辨率为0.22nm,像面大小为8mm×7mm。设计方法适用于多种结构要求的成像光谱仪。     

光谱仪联合使用提高谱线的测量宽度

为了提高光谱仪测量谱线的精度,推导出计算机自动控制多光栅转动的光谱仪测试系统的角色散率、线色散率和分辨本领等参量公式,提出一种将两台光谱仪联合使用以提高谱线测量精度的测量方法.理论分析了两台光谱仪联合测激光线宽的原理,并用两台光谱仪联合使用对He-Ne激光谱线宽度进行了测量.实验结果表明,两台光谱仪联合测量He-Ne激光谱线的半峰全宽的放大倍数3.38×105,比单台光谱仪测量至少可以将谱线宽度的测量精度提高5个数量级.     

Erratum

A spectrometer is proposed which is suited to yield the derivative vs. the wavelength of the transparent material transmissions. This spectrometer is based on a principle previously used, but, unlike a former realization, it does not require two matched phototubes. For this purpose, a set up is chosen, which is similar to that commonly used in double-beam spectrometers.     

In situ detection of cocaine hydrochloride in clothing impregnated with the drug using benchtop and portable Raman spectroscopy

This study describes the application of benchtop and portable Raman spectroscopy for the in situ detection of cocaine hydrochloride in clothing impregnated with the drug. Raman spectra were obtained from a set of undyed natural and synthetic fibres and dyed textiles impregnated with the drug. The spectra were collected using three Raman spectrometers: one benchtop dispersive spectrometer coupled to a fibre‐optic probe and two portable spectrometers. Despite the presence of some spectral bands arising from the natural and synthetic polymer and dyed textiles, the drug could be identified by its characteristic Raman bands. High‐quality spectra of the drug could be acquired in situ within seconds and without any sample preparation or alteration of the evidential material. A field‐portable Raman spectrometer is a reliable technique that can be used by emergency response teams to rapidly identify unknown samples. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于光纤多狭缝的亚像元光谱采样及复原

光栅光谱仪的分辨率与其光通量之间存在折衷的关系。亚像元-反卷积序列光谱图复原方法可以在不降低光通量的前提下提高其分辨率。为使该方法能够应用在采用阵列探测器的小型便携式光谱仪上,提出了一种光纤多狭缝的设计方法,以获取亚像元重建所必须的序列光谱图。该方案的主要优点是无需微动机构,没有显著的像差变化,有利于简化算法。     

基于便携式近红外光谱仪的重金属离子定量分析研究

近红外光谱分析技术凭借分析速度快、样品预处理简单等特点,被广泛用于农业、医药、环境、石油化工等领域。为实现高效率的现场检测,便携式的近红外光谱仪越来越备受关注。由于近红外光谱分析技术能够对多组分同时进行测定,因此在该研究中使用便携式近红外光谱仪探索同时对稀溶液中多种重金属离子定量分析的可行性。使用胺基改性聚合淀粉富集水中的镍离子和铜离子,然后使用便携式近红外光谱仪直接采集胺基改性聚合淀粉的近红外漫反射光谱,再借助光谱预处理方法和偏最小二乘回归法建立模型,最后通过交叉验证和外部验证证明所建立模型的稳定性。结果表明,在其他干扰离子存在下,氨基改性聚合淀粉仍能分别以99.5%和99.8%高效率地富集稀溶液中的镍离子和铜离子。便携式光谱仪采集的近红外漫反射光谱分别经连续小波变换和多元散射校正结合卷积求导光谱预处理之后,使用偏最小二乘回归能够得到相关系数分别为0.981 9和0.965 4的稳健模型,实现了对稀溶液中镍离子和铜离子的同时测定,并且检测到的镍离子和铜离子的最低浓度均为3.0 mg·L-1。该方法不仅提高了近红外光谱分析技术的检测灵敏度,同时也表明了便携式近红外光谱仪对多种重金属离子同时定量分析的可行性,是一种拓宽近红外光谱分析技术的有益探索。     

基于Offner结构分视场成像光谱仪光学设计

为满足航天应用中仪器小型和轻量化、大视场的观测要求,通过分析现有Offner成像光谱仪,给出了一种简单的采用凸面光栅设计成像光谱仪的方法。并据此方法设计了一应用于400 km高度,波段范围为0.4~1 μm,焦距为720 mm,F数为5,全视场大小为4.3°的分视场成像光谱仪系统。分视场采用光纤将望远系统的细长像面连接到光谱仪的三个不同狭缝而实现。三狭缝光谱面共用一个像元数为1 024×1 024,像元大小18 μm×18 μm的CCD探测器。通过ZEMAX软件优化和公差分析后,系统在28 lp·mm-1处MTF优于0.62,光谱分辨率优于5 nm,地面分辨率小于10 m,能很好的满足大视场应用要求,该光学系统刈幅宽度相当于国内已研制成功的同类最好仪器的三倍。     

基于Offner中继结构的机载棱镜色散成像光谱仪系统设计

考虑到机载遥感平台对成像光谱仪小型化、轻量化要求的逐渐提高,在分析了主要几种成像光谱仪特点的基础上,重点阐述了技术成熟度较高的光栅色散和棱镜色散型成像光谱仪,研究了基于Offner中继成像结构的紧凑型成像光谱系统。结合Offner同心光学系统成像特点,在给定系统指标的情况下,设计出了两种在发散和会聚光束中使用色散元件的全球面光谱系统,给出了系统的调制传递函数、点列图以及系统谱线弯曲、色畸变曲线。结果表明,两种结构的Offner成像光谱仪,实现了遥感仪器小型化的目的,具有接近衍射极限的优良成像性质。同时,很好地控制了系统的谱线弯曲和色畸变,保证了获取光谱数据的一致性。