消像散掠入射光栅光谱仪和激光等离子体极紫外发射光谱

本文描述了自制的带环面镜的消像散掠入射球面光栅谱仪的设计和性能,并报告了利用它在20～120(?)波层范围观(?)铍,碳氟二锂和氟化钙的激光等与子体极紫外发射光谱的实验结果.     

光栅光谱仪的光谱重建

用光栅光谱仪进行光谱测量,不同的入射缝、出射缝宽度导致测量得到的光谱不同,狭缝宽度越大,测得的光谱越不准确.为了消除入射缝、出射缝的影响,需要对测量光谱进行数学处理以获得尽可能真实的光谱,这就是光谱重建.本文通过光谱与入射缝、出射缝的关系,用实验测得的谱线,通过出射缝还原、入射缝还原,直接恢复重建真实光谱.     

光栅光谱仪光谱响应误差校正

针对由器件光谱特性引起的光栅光谱仪测量误差问题,提出了一种误差校正方法,并对该技术中的理论模型、数值提取算法和精度、误差校正精度进行了研究。首先,在深入剖析光栅光谱仪工作原理的基础上,建立了光谱误差校正的理论模型;其次,在研究光栅、探测器、反射镜等核心器件光谱特性曲线典型特征的基础上,提出了器件光谱响应参数提取算法,并对该算法的精度进行了实验研究;最后利用本文所建立的理论模型和数值提取算法对光栅光谱仪测得的溴钨灯光谱进行了校正,并将校正后的结果与溴钨灯标准谱线进行了比较。实验结果表明,本文所提出的数值提取算法的平均误差为0.39%,校正后的光谱曲线与溴钨灯标准光谱曲线一致,说明本文所提出的校正技术能够有效消除器件光谱特性引入的误差。     

消像散掠入射平场光栅谱仪及其在等离子体XUV光谱诊断中的应用

研制成一台由柱面反射镜和球面反射镜组成的掠入射前置光学系统和变间距球面光栅组成的掠入射平场光栅谱仪,它不仅有较高的效率和光谱分辨,调整方便,而且还具有在4.4nm～30nm波长范围里同时获得一维空间分辨光谱的能力.用该谱仪成功地获得了线聚焦激光产生的Si,Cu及其它元素的等离子体柱的轴向空间分辨光谱.该谱仪很适合与具有平直接收表面的光电探测器,如软X射线条纹相机等联用以获得时间分辨光谱.     

掠入射凹面光栅谱仪高级次衍射光谱相对效率测量

测量了波长2.847、3.373、4.027、9.873和10.24nm谱线的一级和高级次光谱强度。给出了以一级光谱强度为标准的高级次衍射光谱的相对效率,并对测量结果进行了分析、讨论。     

掠入射凹面光栅谱仪高级次衍射光谱相对效率测量

测量了波长2.847、3.373、4.027、9.873和10.24nm谱线的一级和高级次光谱强度。给出了以一级光谱强度为标准的高级次衍射光谱的相对效率,并对测量结果进行了分析、讨论。     

星载光栅光谱仪消偏器性能研究

星载光栅光谱仪中的光栅有着强烈的偏振响应。为了保证光谱仪测定的光谱分布的准确性,必须在光辐射进入仪器光谱测量部分之前就消去光辐射的偏振。应用矩阵光学推导出了这种紫外石英消偏器的残余偏振度,并得到影响其消偏性能的几个因素。建立了一套测试系统,在300-360nm波段上对其消偏性能进行了研究,得出入射光经过紫外石英消偏器后的残余偏振度变化范围1.2%-5.7%。与理论推导有较好的一致性。并按照国际通用不确定度评估规范,对测量结果进行不确定度分析和评估,组合不确定度小于1.8%。     

掠入射凹面光栅谱仪高级次衍射光谱相对效率测量

 测量了波长2.847、3.373、4.027、9.873和10.24nm谱线的一级和高级次光谱强度。给出了以一级光谱强度为标准的高级次衍射光谱的相对效率,并对测量结果进行了分析、讨论。     

掠入射平场光栅谱仪消级次重叠技术的实验研究

利用掠入射反射短波截止原理,成功地实现了平场光栅谱仪的无级次重叠摄谱.实验结果表明,利用该方法来消除平场光栅谱仪中短波长的高级谱对所考察波段的一级谱的影响是简便而有效的.实验获得了镁激光等离子体在4.4～5.6nm,5.9～11.8nm,7.0～14.0nm三个不同波段的近似的纯一级谱.     

星载光栅色散型光谱仪消偏器的设计与分析

为了保证成像测量结果的相对准确性,需要消除光谱仪中光学器件的偏振响应,加入消偏器是一种常用的消偏方法。由于成像光谱仪探测性能的要求,不仅需要消偏器在光谱仪的响应波段内具有良好的消偏效果,还要求消偏器应尽可能小地影响光谱仪的成像质量;对大气遥感探测星载双楔角临边成像光谱仪中的消偏器进行研究,通过积分的方式对消偏器的楔角进行计算分析,通过MATLAB的优化仿真确定了影响消偏器性能的参数,并对其进行了相关的误差分析。     

基于中阶梯光栅光谱仪的激光诱导等离子体分析系统研究

为了满足激光诱导等离子体分析系统(LIPS)对分光系统的分辨率,光谱范围,体积等多方面要求。本文研制了一台中阶梯光栅光谱仪,该光谱仪能同时获得所有谱段范围内的光谱信息,令LIPS系统可实现快速在线实时分析。并且,该光谱仪采用可调节延迟时间的ICCD作为后端探测器,令整个系统可根据实际实验情况选择最优延迟时间接收光谱,提高了整个系统的信噪比。最后,搭建了一套激光诱导等离子体分析系统,对研制的中阶梯光栅光谱仪在系统中的可用性进行验证。通过对合金样品测试,整个系统的分辨率达0.02 nm,光谱范围覆盖190～600 nm。并且研制的LIPS系统光谱重复性较好,特征元素波长提取误差不超过0.01 nm,可较准确的对样品成分进行分析。     

凸面光栅成像光谱仪全视场自动化光谱定标系统设计

为了确定凸面光栅成像光谱仪的光谱特性,需要对凸面光栅成像光谱仪进行光谱定标。基于单色准直光法设计了一套全视场光谱定标系统,引入球面镜提供准直光,采用一块可以自由滑动和转动的折转镜改变定标光线的入射角,实现了全谱段自动化光谱定标。运用光学设计软件CODEV对光谱定标系统进行了部分光学模拟,证明了整个系统的可靠性。结合光谱定标系统的结构和特点,对整个光谱定标系统进行了精度分析。理论分析结果表明,该系统的光谱定标精度优于1%。该定标系统具有体积小、通用性强等特点,可为其他成像光谱仪的光谱定标提供参考。     

宽谱段成像光栅光谱仪消偏器的设计

随着宽谱段高分辨率光谱仪在海洋空间遥感领域的广泛应用,其前置消偏器的设计要求越来越高。为满足成像光谱仪的要求,利用矩阵光学的原理,对应用最为广泛的Lyot消偏器,从残余偏振度的公式出发,对其与晶体楔角和厚度的关系进行数值分析,结合残余偏振度和光学系统分辨率的要求提出了用于宽谱段光谱仪消偏器参数的设计方法。运用该设计方法对400~950nm宽谱段成像光栅光谱仪消偏器进行设计,在全波段范围内,光谱分辨率为4nm时,对任意偏振态的线偏光,消偏器的出射光的残余偏振度均小于2%。     

利用光栅光谱仪研究乙醇汽油溶液的吸收特性

利用WGD-8A型多功能光栅光谱仪测量了不同汽油体积含量的乙醇汽油溶液对波长为300.0～430.0 nm光的吸收光谱,分析了乙醇汽油吸光度和汽油浓度的关系,在稀溶液吸光度的朗伯-比尔定律基础上,进一步研究了2种高浓度混合溶液吸光度的计算方法,并得出了入射光波长为377.0,382.0,391.5,410.9 nm时乙醇汽油的吸光度与汽油体积浓度的关系式.     

光栅色散型成像光谱仪的在轨光谱定标方法研究

精确的光谱定标是定量化反演地物信息的前提与基础。光栅色散型可见近红外成像光谱仪(VNS)主要用于海洋水色遥感和海岸带监测,采用推扫式成像方式,工作波段范围覆盖400～1 040 nm,空间维视场像元总数为1 024,共设置256个光谱通道,光谱采样步长为2.5 nm。针对仪器入轨后可能发生的光谱通道中心波长漂移或通道宽度展宽问题,基于光谱特征曲线匹配思想,提出了利用太阳大气廓线和星上定标器镨钕特征光谱进行在轨光谱定标的新方法。开展了在轨光谱真实性检验与定标的地面模拟实验,采用最小差值与相关系数联合算法对数据进行了处理。以大气氧气吸收763 nm波段为例,介绍了在轨光谱定标的步骤。给出了太阳夫郎和费517 nm、Pr-Nd玻璃685 nm和氧气吸收763 nm三个典型波段对应VNS的光谱通道的定标结果：三个通道穿轨视场Smile效应幅度相近,约为0.6 nm;中心波长漂移方向和大小各异,分别为0.707,-0.369和0.293 nm;对穿轨方向各像元的测量值进了二次曲线拟合,763 nm通道标准偏差小于另外两个通道,三个通道的光谱定位精度较高优于0.176 nm。为成像光谱仪开发出一种适用的在轨光谱定标算法。     

光栅光谱仪的整体建模与分析

理论模型是研究光谱技术,开发光谱仪器的重要工具。文章提出了一种对现代光栅光谱仪进行整体建模与分析的方法。与现有方法仅局限于光学成像等局部环节不同,该方法从光谱信息传递和变换的角度将光栅光谱仪分割为光学成像、探测、重建和显示4个功能模块,分析各个模块对光谱信息的影响,建立光栅光谱仪的整体模型并导出它的传递函数。进一步,又利用它们分析了各模块对仪器整体性能的影响规律,并揭示出要获得高质量的光谱图必须增加基带响应,抑制假响应,而重建模块将是重要途径。     

利用光栅光谱仪对荧光与化学发光进行比较研究

利用WGD-8A型光栅光谱仪测量了荧光物质,比较研究了光致发光谱和化学发光谱。列出了详尽的实验装置,对于低成本测量荧光物质发光利改进普通物理实验课程具有一定借鉴意义。     

光栅色散型成像光谱仪室内外光谱定标中心波长偏移研究

成像光谱仪使用前需要对其进行光谱定标以确定其各光谱通道的中心波长和光谱带宽。但是室内外光谱定标实验结果表明随着使用环境的变化成像光谱仪各通道的中心波长和带宽将发生变化。对光栅色散型成像光谱仪各光谱通道的中心波长室内外定标结果的偏移进行研究,从光栅色散型成像光谱仪的光学结构和工作环境参数出发对造成其中心波长偏移的因素进行分析和建模,对震动、机械形变和浓度等主要影响因素进行理论推导和数量级估算,结合实验结果进行对比分析。理论推导和实验数据分析都表明光栅色散型成像光谱仪室内外光谱定标获得的各通道中心波长的偏移量与各通道的本征波长成二次函数的关系,其中震动和机械形变所带来的系统光路结构的细微改变是造成其中心波长偏移的主要因素,使用环境温度的差异也对该成像光谱仪各光谱通道的中心波长具有一定的影响。