双光栅光谱仪波长扫描机构精度分析

光栅光谱仪作为研究太阳辐射的重要设备之一,其波长扫描机构的精度很大程度上决定了最终测量结果的准确性。从光机系统的光栅参量误差和机械结构误差两方面入手,对丝杠摆杆波长扫描机构展开综合精度分析,依据凹面光栅色散原理,推导出波长λ与摆杆末端沿丝杠方向位移x,摆杆长度l,光栅常数g和入射光线与出射光线夹角半值δ之间的关系。再对等式求导,依据误差叠加原理,计算出在红外工作波段650 nm~2 400 nm范围内,其波长定标误差应不超过±1.227 nm。在实验样机上进行验证,以汞灯为光源拟合出误差与波长的关系曲线,并以氦氖激光器为光源加以验证。实验结果证明了理论计算的正确性,该分析方法为双光栅光谱仪零部件精度指标的确定提供了依据。     

平焦场光栅光谱仪

 介绍了用于X光能谱测量研究的平焦场凹面光栅光谱仪的原理、结构及象差校正的设计方法。利用2 400L/mm的变栅距光栅设计和建立了一台平焦场光栅光谱仪，其测谱范围为1.5～10nm。通过在星光装置上利用该谱仪测量C10H16O6等离子体的发射谱线，对谱仪进行了实验考核，表明该谱仪分辨率达到0.02nm。并成功应用于辐射加热等离子体的吸收谱测量研究中。     

平焦场光栅光谱仪

介绍了用于X光能谱测量研究的平焦场凹面光栅光谱仪的原理、结构及象差校正的设计方法。利用2 400L/mm的变栅距光栅设计和建立了一台平焦场光栅光谱仪,其测谱范围为1.5～10nm。通过在星光装置上利用该谱仪测量C10H16O6等离子体的发射谱线,对谱仪进行了实验考核,表明该谱仪分辨率达到0.02nm。并成功应用于辐射加热等离子体的吸收谱测量研究中。     

双光栅平场全息凹面光栅光谱仪的优化设计

提出了双光栅平场全息凹面光栅光谱仪的优化设计方法.将使用波段一分为二,由两个使用结构相同的平场全息凹面光栅分别进行光谱成像以达到提高光谱分辨率的目的.根据全息凹面光栅像差理论,对光栅的使用结构和两光栅各自的制作结构进行优化求解以校正离焦、像散、彗差和球差等各种像差.据此原理设计了工作波段为200~800 nm、探测器长...     

双波长光纤光栅的矩阵分析

本文在分析双波长光栅特征的基础上,结合耦合模理论和矩阵分析方法,提出了分析双波长光栅的一种数学模型,并在此基础上,采用矩阵分析方法对双波光栅进行了理论分析,得到的结果与实验结果基本吻合。     

光栅光谱仪波长校准算法研究

使用正弦曲线拟合进行波长校准时,根据不同的待定系数选择方法,提出三种校准算法.最优算法选定四个待定系数,其中两个线性系数使用最小二乘法计算,而两个非线性系数使用最优化原理求得.线性算法只选定两个线性系数为待定量,而非线性系数为确定值.简化算法仅选定一个线性系数为待定量,其余三个系数为确定值.实测数据表明,线性算法拟合准确度接近最优解,计算复杂度低,是一种最适合于光栅光谱仪波长校准的算法.     

光栅光谱仪分辨率及波长范围计算公式的研究

对水平对称式Ebert-Fastie型光谱仪的参量及性能进行了分析研究.基于水平对称式Ebert-Fastie型光谱仪工作时的光路图,用几何方法推导出了入射光线与衍射光线的夹角、入射角、衍射角、可测光谱级次及波长适用范围的计算公式,该公式可通过简单编程计算结果.基于理论分辨率计算公式,并考虑到狭缝宽度导致实际分辨率低于理论分辨率,推导出了分辨率与狭缝宽度等结构参量之间关系的计算公式,对该公式求导得出提高分辨率的方法,并举例计算得出考虑狭缝宽度后的实际分辨率为理论分辨率的83％.     

双罗兰圆结构光谱仪的光学系统设计

提出一种基于双罗兰圆光学结构的光谱仪光学系统及其设计方法。其中,200 nm～500 nm光路为常规的罗兰圆光学结构;500 nm～700 nm光路运用凹面光栅第零衍射级次光谱线,利用平面反光镜将谱线射入另一个凹面光栅,实现了双罗兰圆光学结构。根据设计要求及光学系统各个参数之间的相互约束,设计、计算出光学系统各个参数指标,基于Zemax仿真分析,调整光学参数并验证光学系统的可行性。针对平面信号探测器在罗兰圆周上存在像差问题,利用反光镜增添信号探测器的可摆放个数,使像差比初始结构减小4.475μm,光谱仪整体光学结构尺寸小于400 mm×500 mm。仿真结果表明：光谱仪所测的光谱波段范围可达200 nm～700 nm,全波段分辨率达0.4 nm。     

光栅光谱仪分辨率及波长范围计算公式的研究

对水平对称式Ebert-Fastie型光谱仪的参量及性能进行了分析研究.基于水平对称式Ebert-Fastie型光谱仪工作时的光路图,用几何方法推导出了入射光线与衍射光线的夹角、入射角、衍射角、可测光谱级次及波长适用范围的计算公式,该公式可通过简单编程计算结果.基于理论分辨率计算公式,并考虑到狭缝宽度导致实际分辨率低于理论分辨率,推导出了分辨率与狭缝宽度等结构参量之间关系的计算公式,对该公式求导得出提高分辨率的方法,并举例计算得出考虑狭缝宽度后的实际分辨率为理论分辨率的83%.     

双激发波长拉曼光谱仪的双光路集成设计北大核心CSCD

为了提高高端探测器的利用率与增强拉曼光谱仪同时对不同物质检测的适用性,将多个波长激发的拉曼光谱仪集成设计成为一个光谱仪,将具有重要的应用价值。提出了一种基于CT结构双波长(532nm和785nm)激发的双通道拉曼光谱仪设计方法。所采用的这种设计方法基于探测器的工作特点为实现双光路结构同时工作创造了条件,从而最大程度的增加了光谱测量范围,同时该方法也实现了对探测器的有效感光面像元的充分利用并且最大程度地实现了高光谱分辨率。优化结果表明对于532nm的激发波长,分辨率为5cm^(-1)、光谱范围达到80~4200cm^(-1);对于785nm的激发波长,分辨率为3cm^(-1)、光谱范围达到200~2300cm^(-1)。     

激光波长合束精度研究

对双光束波长合束精度进行了研究。用镀有特制光学薄膜的滤光片对波长为532和515 nm的两束激光进行合束,并对合束精度进行检测。基于此系统,建立了对应理论模型,并对合束及检测的误差来源和大小进行全面分析。两光束指向稳定性均为50 μrad时,合束精度理论值为14.69″,指向稳定性所占比例为99.26%,系统对质心定位等不稳定因素（误差变化< 3倍）抗性极好,精度变化< 2.4‰;指向稳定性提高到23.51 μrad时,合束精度理论值为7.09″,指向稳定性所占比例为96.77%,系统仍有较高抗干扰能力,精度变化< 1%。分析表明,影响近场小功率合束精度的因素有激光指向稳定性、机械调节和质心定位误差,其中激光指向稳定性是主要因素。通过调节各因素的比例,可对合束的抗干扰能力进行控制。     

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。     

Spectral focusing characteristics of a grazing-incidence flat-field grating spectrometer

The spectral focusing characteristics of a grazing-incidence flat-field spectrometer with a spherical variable-line-spacing grating in the 5－40nm spectral range are presented. The spectrometer can be used for any object at a distance in the 50mm－infinity range from the grating apex with a diffracted spectrum sharply focused on an almost flat focal plane at a constant distance from the grating apex.     

光栅光谱仪的标定

以PG4000微型光栅光谱仪为例,完整地给出了光栅光谱仪的标定过程:包括高阶衍射峰的消除、波长标定和光强标定3部分内容.根据标定结果测量辉光放电氩气等离子体的发射光谱,测量结果与文献中的参考谱符合很好.     

多层镜软X光能谱仪的结构设计与有限元分析

 8通道多层镜软X光能谱仪结构采用整体式,结合中心准直机构,保证了多层镜的角度,实现系统整体瞄准,大大简化了瞄准程序。建立了谱仪的3维模型,利用ANSYS软件完成了有限元分析。静力学分析结果表明,在重力作用下准直件的变形较大,y方向上的变形量为0.016 mm,通过增加准直筒厚度可消除影响。模态分析得到了影响谱仪使用性能必须避免的噪声。分析结果为保证谱仪测量精度提供了理论依据。     

基于CCD和小型单色仪的微型光纤光栅光谱仪

微型光栅光谱仪是在低成本小型单色仪的基础上开发的,采用CCD作为感光元件,由CPLD作为驱动和控制电路的核心,将得到的实验数据通过USB2.0协议传到PC端,由LabVIEW平台开发出的应用程序进行光谱数据存储、谱图显示和处理.     

罗兰光栅在光谱仪中对接收能量的影响分析

罗兰光栅作为罗兰光栅光谱仪的核心分光元件对整个仪器至关重要,罗兰光栅在制造和使用过程中主要存在刻线误差、光栅的曲率半径误差和定位误差。采用光线追迹的办法分析罗兰光栅的各种误差对罗兰光栅光谱仪接收能量的影响。结果表明:曲率半径误差对Ⅳ型罗兰光栅光谱仪影响较小,刻线误差必须控制在-0.2~0.15l/mm刻线以内,x方向定位误差严格控制在-0.055~0.025mm之间,y方向定位误差控制在-0.03~0.015mm之间,罗兰光栅光谱仪对光栅绕z轴旋转误差最为敏感,控制在10-3度量级。通过对罗兰光栅误差的分析,为罗兰光栅光谱仪的高效利用和研制奠定了基础。     

基于相移光纤光栅的布拉格波长解调原理的分析

提出了一种基于相移光纤光栅(phase shifted fiber grating)的布拉格波长解调技术，相移光纤光栅在反射谱阻带中能打开线宽极窄的一个或多个通透窗口，而且窗口位置随所加相移量的大小呈线性变化。实验中应用电流调谐相移量以实现布拉格波长的解调。选用最大波长偏移量为2nm的相移光纤光栅进行调谐滤波，温度的测量范围可达到200℃，应变的测量范围可达到2000μs。实验表明利用相移光纤光栅进行布拉格波长解调，取得了预期的效果，为布拉格波长解调技术提出了新的思路。     

Experiment investigations of millimeter-wave grating spectrometer

The lateral shift of focus diffracted and reflected beam and resolving power, insertion loss of a five channel grating spectrometer for 25 to 100 GHz are experimentally investigated. And some analysis for these results are also given.