高分辨率中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路设计

以宽光谱范围、 高分辨率的中阶梯光栅光谱仪为研制目标,介绍了中阶梯光栅的色散特性,阐述了基于它的交叉色散原理,提出了分辨率优先的中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路设计方法,包括高分辨率的主色散光路设计、 分辨叠级的辅助色散光路设计,及主-辅色散光路联合校验三个递进的环节,并结合商用光谱仪进行了实例设计,仿真和实验表明,当光谱范围为400~900 nm时,该分光系统在Hg灯546 nm处的分辨率可达51 000,在Na光589 nm处的分辨率为44 000。     

宽谱段共光轴线色散成像光谱仪三棱镜分光系统设计

针对棱镜型成像光谱仪结构复杂、具有严重的色散不均匀性,进行了共光轴线色散棱镜式宽谱段成像光谱仪研究。利用棱镜的色散公式建立了对称型三棱镜组合分光结构的数学模型,获得了满足直视结构的棱镜组合,并在此基础上分析影响棱镜组色散线性因素：棱镜材料的折射率和色散率对棱镜组线色散影响比较大,入射角度对其影响比较小,并提出改善色散线性的方法,获得了满足线色散要求的棱镜组合的折射率条件,从而为共光轴结构的线色散棱镜式成像光谱仪初始结构的选择提供了重要理论依据。在工作波段为400~1 000 nm、中心波长偏向角为0°、最大色散角为0.6°、光谱仪系统数值孔径NA为0.18、光谱分辨率为5 nm条件下,实现共光轴三棱镜分光系统的线色散设计,最后利用ZEMAX进行了模拟分析表明,理论计算结果与实际仿真结果基本相符。     

光栅扫描光谱仪参数的研究

光栅扫描光谱仪的入射光线和出射光线的方向是固定的,在光栅转动下进行分光,这与光栅不动而入射光方向改变的分光方法不同。由光栅方程出发,计算出电脑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,得出光栅扫描光谱仪的角色散率、线色散率和分辨本领等参数公式。所得结果与光栅不动而入射光方向改变的光谱仪的角色散率、线色散率和分辨本领不同。这为光栅扫描光谱仪的使用和研究提供了理论依据。     

空间外差拉曼光谱仪的光栅多级衍射杂散光分析与抑制方法

光栅的多级衍射杂散光对空间外差拉曼光谱仪的成像质量具有重要影响。为了提高其成像质量,使光谱特征更准确,针对空间外差拉曼光谱仪中光栅产生的多级衍射杂散光进行分析与抑制研究。依据光学传递理论,利用ASAP软件对空间外差拉曼光谱仪中光栅产生的多级衍射杂散光进行仿真与分析,利用挡板、光阑和光学陷阱等方法设计了能够抑制-2.5°～2.5°视场范围内杂散光的结构。结果表明:光栅产生的多级衍射杂散辐射比由4.996×10~(-3)降到了1.57×10~(-8),设计的结构对空间拉曼光谱仪系统内因光栅产生的多级衍射杂散光具有良好的抑制效果,有效提高了系统的成像质量。     

基于最优化线性波数光谱仪的谱域光学相干层析成像系统

相比传统光谱仪,基于线性波数光谱仪的谱域光学相干层析(OCT)无需对非线性波数干涉光谱数据进行重采样和插值,可大大减少数据计算量并提高成像灵敏度.通过模拟计算干涉光谱信号和点扩散函数,以点扩散函数半峰全宽值的倒数作为评价准则,可以优化包括色散棱镜材料的折射率、顶角角度以及衍射光栅和色散棱镜之间旋转角角度的线性波数光谱仪的结构参数.根据优化结果,实验中选用F2玻璃等边色散棱镜,以光栅-棱镜间旋转角角度为21.8°搭建了最优化线性波数光谱仪,并引入谱域OCT成像系统.实验测得成像系统的轴向分辨率达到8.52μm,灵敏度达到91 dB,6 dB成像深度达到1.2 mm.结合具有通用并行计算能力的图形处理卡,在无需重采样和插值的情况下可实时处理和显示人手指指甲皮肤接缝处的横断面OCT图像,验证了基于最优化线性波数光谱仪的谱域OCT系统的成像性能.     

分析双Amici棱镜角度误差对色散的影响

双Amici棱镜为复合棱镜结构,作为成像光谱系统中的分光元件,避免了单棱镜色散结构存在的多种问题。双Amici棱镜的加工生产要对其各个角度提出生产指标,而角度误差对于光谱成像系统的色散性是有影响的。针对一种编码孔径成像光谱仪,设计了符合性能指标要求的双Amici棱镜,并从光线追迹的角度出发,计算得到双Amici棱镜色散的数学模型。针对给出的一特定光学系统中的棱镜结构推导了棱镜各个角度单独对线色散的影响,并分析给出各个角度构成的误差链对线色散的综合影响,最终给出了棱镜的生产指标。分析结果有助于指导系统中该棱镜的加工生产。     

光谱仪杂散光的测量方法

一、紫外和可见光波段的光谱 仪杂散光的测量 光谱仪是进行光谱分析的重要工具.此外,还可以利用光谱仪输出的单色光进行其他工作,例如反射率和透过率的测定等.但是当光谱仪用于定量测量时,会遇到光谱仪的杂散光问题.光谱仪的杂散光就是光谱仪输出的、正常通带以外的光辐射.由于光谱仪存在这部分杂散光辐射,因此给测量带来了误差.目前人们对紫外和可见波段的光谱仪杂散光的测量已经作了一些工作.测量方法归纳起来主要有:(1)测量截止滤光片透过率的方法[1];(2)级数透过率方法[2];(3)光学方法[3];(4)卷积计算的方法[4].现分别介绍如下:1.测量截…     

组合式数显直读光栅光谱仪

常用光谱仪分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和傅立叶光谱仪。棱镜光谱仪自由光谱范围广,但角色散不大且非线性;傅氏光谱仪利用面光源,集光本领强,但完成傅氏变换需大量计算。光栅光谱为正弦光谱,谱线细,分辨本领高;配以滤波片,可扩大自由光谱范围,避免不同级次谱线重叠;改用闪耀光栅可提高光强利用率。目前教学科研多采用光栅作色散元件,但这些光谱仪结构复杂,均需通过繁琐计算或标准谱内插等方法读数。     

宽谱段高分辨扫描光谱定标技术

为了满足原子发射光谱仪在紫外至近红外宽谱段范围内的高光谱分辨率快速检测需求,采用精密角位移平台直接驱动光栅,配合面阵探测器,实现高精度光谱分段快速扫描探测。但在扫描过程中,探测器像元波长增量与光栅转角呈非线性关系,且不同像元的波长增量不同,这对该光谱仪波长定标造成障碍。为校正光栅色散的非线性,基于光栅方程精确计算光栅转角与探测器首尾两端像元波长的映射关系,针对同一光栅转角,探测器其余像元波长利用首尾像元波长按照局部线性色散规律计算得到,从而完成全谱段光谱定标。依据定标所得转角与探测波段对应关系依次驱动光栅转动,实现宽谱段范围内的分段高精度光谱快速扫描探测。利用汞灯光源对该定标方法的波长检测精度进行检验,在200~800 nm的宽谱段范围内,波长准确度优于0.018 nm,波长重复性优于0.001 nm。     

C-T型棱镜透射式中阶梯光栅光谱仪谱图还原模型

中阶梯光栅光谱仪通过交叉色散形成的二维光谱图,无法直接对入射光的波长进行光谱标定。为此,建立了C-T型棱镜透射式中阶梯光栅光谱仪的谱图还原模型,分别分析了棱镜和光栅色散方向的色散规律以及棱镜与光栅之间的相互作用关系,并且建立了波长与像面坐标的关系表达式。根据该类中阶梯光栅光谱仪的光路结构特点,以及光束在各个光学元件的传输特性,校正各光学元件引入的坐标计算误差,最终精确计算出波长所对应的像面坐标,完成谱图还原模型的建立。通过该方法建立的模型可快速准确地对该类型中阶梯光栅光谱仪二维谱图进行谱图还原及波长标定,模型的计算误差小于一个像元。     

棱镜-光栅-棱镜分光模块整体化设计及衍射特性分析

PGP模块是超光谱成像仪中重要分光器件。为了能够在制作前有效预测PGP整个系统的衍射效率分布及其衍射特性,提出了PGP整体化设计方法。从体位相全息光栅设计角度出发,结合棱镜与光栅各项参数的制约关系,编制了计算PGP整体衍射效率的分析软件,综合考察了棱镜与光栅各项参数对PGP模块衍射特性的影响,讨论了光栅布拉格波长的漂移特性,据此设计了一种用于成像光谱仪的宽波段高衍射效率PGP分光模块。模拟结果表明：棱镜1材料的色散系数越小,PGP的光谱带宽越窄;光栅布拉格波长的漂移增大了PGP模块和光栅的光谱带宽,带宽增大使光栅的角度选择性随之增大,拓宽了棱镜1材料的选择要求;棱镜1顶角、光栅的胶层厚度和相对介电常数调制度等参数是影响PGP衍射效率分布的重要因素,制作时需要精确控制。利用此方法设计的PGP分光模块在400～1 000 nm波段范围内衍射效率不低于50%,并给出具体设计参数,这对PGP制作具有一定的参考价值。     

脉冲染料激光振荡器的色散问题

本文通过理论推导给出了脉冲染料激光器由多块不同棱镜构成的扩束系统和光栅组合后多程色散的通用计算公式。同时本文也指出光栅与棱镜组合的正确光路安排,从而加大整个系统的色散,减少输出线宽。     

Prism Material Dispersion Effects on the Total Dispersion of Prism Pair System

ＰｒｉｓｍＭａｔｅｒｉａｌＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＥｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅＴｏｔａｌＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆＰｒｉｓｍＰａｉｒＳｙｓｔｅｍＳＵＮＨｏｎｇＷＡＮＧＣｈｉｎｇｙｕｅ（ＵｌｔｒａｆａｓｔＬａｓｅｒＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＣｏｌｅｇｅｏｆＰｒｅ...     

可调谐激光器腔内色散棱镜及其组合

分析了色散棱镜的特性及其顶角设计问题。讨论了色散棱镜和扩束棱镜在布鲁斯特角入射状态下，可组合使用的形式及单程角色散。提出将色散棱镜与扩束棱镜组合使用，可减少色散棱镜个数而获得更大角色散的方法。并据此设计了两个色散棱镜组，在Ｔｉ∶Ｓ激光器中得到实际使用。     

Dispersion theory of multiple-prism beam expanders for pulsed dye lasers

The single pass dispersion of multiple-prism beam expanders of interest for practical pulsed dye laser cavities is calculated. The theory is extended to enable evaluation of the overall (outward and return pass) dispersion of multiple-prism-grating combinations. It is found that although the contribution to overall dispersion from the prisms can be minimized (though not eliminated for practical expanders) by arrangement of the prisms in compensating pairs, it is in any case small (≈2%) compared to the contribution to dispersion from the grating in practical cavities. Formulae for dispersion of multiple-prism-grating combinations including up to four prisms arranged in additive or compensating configurations are given; the dispersion of an arbitrary number of prisms arranged in conjunction with a grating can also be calculated. The implications for output linewidth of pulsed dye lasers incorporating prism beam expanders are discussed.     

恒偏向“变束棱镜对”的分光

本文介绍一种新型棱镜分光系统,它应用变束棱镜角色散放大分光的原理,它比传统三棱镜分光的色散和分辨率高10～10~2倍。当用这种变束镜成对地组成分光系统时,在分光过程中,出射光与入射光方向间的偏转角保持不变。     

单棱镜色散补偿自锁模钛宝石激光器

分析并描述了单棱镜色散补偿的原理,实验上实验了单棱镜色散补偿的钛宝石自锁模激光器的稳定运转。     

彩色莫尔等高术

本文提出了用棱镜色散产生莫尔等高线条纹假彩色编码的方法.研究了单棱镜和互补双棱镜两种典型系统.给出了实验验证.     

Group-delay Dispersion in Double-prism Pair and Limitation in Broadband Laser Pulses

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅ ｇｒｏｕｐｄｅｌａｙｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ(ＧＤＤ) ｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙａｐａｉｒｏｆｐｒｉｓｍｏｒｄｏｕｂｌｅｐｒｉｓｍｓｈａｓｐｌａｙｅｄａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ[1] ｏｒｅｘｔｒａｃａｖｉｔｙ[2 ] ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｏｒｕｌｔｒａ ｓｈｏｒｔｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｄｕｅｔｏｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ,ｓｕｃｈａｓｌｏｗｌｏｓｓ,ｅａｓｙａｌｉｇｎｍｅｎｔａｎｄｃｏｍｐａｃｔｎｅ…     

A prism anamorphic system for Gaussian beam expander

Basic properties are given of the prism anamorphic expander of a Gaussian beam composed of a couple of prisms in tandem. Its shorter overall length for a given expansion, relative ease of optical adjustment, a sharp selection of polarization component, and rather small inclusive dispersion make it an excellent beam expander in a specific laser cavity. The design principle is presented of the prism system with a grating for an anastigmatic optical resonator for a dye laser of narrow linewidth and of short pulse duration.