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大口径透镜成像光谱仪研究-光学工程专业论文
独创性声明
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本论文
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日期: 年 月 日 日期: 年 月 日
摘 要
拉曼光谱自发现起就被广泛应用于物质成分检测,适用于固体、液体和气体物质, 气体的拉曼光谱由于信号微弱受到了很多限制。本文研制了一种能用于气体拉曼光谱 检测的大口径透镜成像光谱仪,光谱仪最大的特点是使用了大相对孔径镜头作为准直 与汇聚元件,高衍射效率的全息光栅作为分光器件。
根据使用要求,确定了光谱仪的性能指标,然后经过设计计算确定光谱仪的初始结 构,并组建了实验测试用的透镜光谱仪,对光谱仪的各项参数进行了详细测试,并搭 建实验装置对空气的拉曼光谱进行了检测,结果显示光谱仪的各项参数都在设计的范 围内,并可以在较短时间内得到清晰明确的空气拉曼谱线。在测试中也发现了一些不 足,大口径光谱系统会有强烈的狭缝弯曲现象,并且狭缝弯曲现象的出现与系统的像 差无关,主要由光线斜入射光栅导致。此外,通过研究发现汇聚光学系统与 CCD 系统 不是十分契合,主要原因是 CCD 芯片前的真空窗口在大口径系统中带来的像差不可忽 略。为了使光谱仪性能进一步的改善,将对光谱仪的这些不足进行研究改进。首先分 析了狭缝弯曲的成因与理论公式,并根据狭缝弯曲理论公式编写程序对狭缝弯曲进行 矫正;然后根据仪器的实际情况,自行设计了汇聚镜头,在设计过程中考虑了真空窗 口带来的像差并加以修正,使分光系统能与 CCD 相匹配,以期进一步提高系统的性能。
关键词:光谱学 大口径 透镜光谱仪 高灵敏度 气体拉曼光谱 狭缝弯曲矫正 ZEMAX 透镜设计
Abstract
Raman spectrum is widely used as a material testing methods since discovered, Raman scattering effect exist in all molecule, whatever gaseous, liquid or solid. The application of Raman spectrum in gases is quite limited due to its low intensity. A kind of lens imaging spectrometer is designed for Raman scattering of gases in this paper, the strongest feature for this spectrometer is the use of camera lens with high NA as the collimating and converging optics and transmission volume phase holographic grating with high diffraction efficiency as spectroscopic devices, and the sensitivity of the instrument is the top factor to be considered in the design.
We determined the performance index of the spectrometer according to the requirement , then Calculate the initial structure of spectrometer. After we manufacture the spectrometer we give a detailed test to it, and build test installation for gas Raman spectrum, the results show that the parameters of the spectr
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