凹面光栅衍射效率测试双单色仪的光学系统设计和分析.pdf

一74一科学技术创新2()24．12

凹而光栅衍射效率测试双单色仪的光学系统

设计和分析

寇婕婷，汪浩鹏，易拥洁，吴鹏程

(联合微电子中心有限责任公司，重庆)

摘要：为了完善凹面光栅衍射效率测试仪的研制，需要对凹面光栅衍射效率测试仪的光学(成像)系统进

行设计和分析。根据仪器光学系统的设计要求，分别对III型凹面光栅和Ⅳ型凹面光栅组成的光学系统进行设

计和模拟，给出了各自光学系统的像面点列图和实际光线追迹数据。设计结果表明，仪器光学系统的出射光斑

最大宽度为0．72mm，最大高度为7．54mm；通过适当选择探测器的规格和尺寸，可以确保出射光通量没有损

失。进而保证了仪器光学系统的测量准确性。

关键词：凹面光栅；衍射效率；光学设计；结果分析

中图分类号：0436．1文献标识码：A

引言效率测试仪光学系统的设计和分析。

凹面光栅具有色散功能的同时还兼有白聚焦特1仪器分析与系统要求

性，无需准直镜和聚焦镜即能形成谱线[1_2]，通过全息凹面光栅衍射效率测试仪主要由光源、前置单色

方法制作的凹面光栅，可以在给定波长范围内消除或仪、测量单色仪和探测器组成。根据测量光谱范围的

nm～400

减小像差刚，同时还有低杂散光、高信噪比等优点，在要求，光源选用氘灯和钨灯，分别提供200

nm～800

计量学、天文学、光通讯、信息处理等诸领域得到了广nm和400nm的连续光谱。光源和前置单色

泛的应用。常用的全息凹面光栅主要有III型全息凹仪为测量提供单色光。探测器的选取首先要保证较高

面光栅即平像场全息凹面光栅和Ⅳ型全息凹面光栅。灵敏度，同时对m射光斑分辨本领要求不高。

衍射效率是凹面光栅的重要技术指标，它直接决定了由双单色仪构成的光学系统的光路结构示意如

凹而光栅的实用性。『Lr：|面光栅的衍射效率可分为相对图1所示。根据仪器整体组装的需要，前置单色仪应

衍射效率和绝对衍射效率，在测量过程中，通常指相该尽可能体积小、便于安装和调试，选用

对衍射效率，即在给定波长和衍射级次下，探测器接czemv—Tumer正交型光路结构，结构简单、紧凑，有利

收到的被测凹面光栅的衍射光通量与一块同孔径的于消除杂散光。本仪器中只使用一级光谱，以保证人

标准凹面反射镜的反射光通量之比。射光强度。前置单色仪的m射光由光纤输人测量单色

光学系统是构成光栅衍射效率测试仪的核心组仪，为适应不同规格凹面光栅相对衍射效率的测量，

成部分。本文从仪器的实际使用需要出发，确定了光测量单色仪主要由光栅转台、入射光臂、出射光臂和

源、探测器和光路结构，结合仪器光学系统的设计要探测器组成；将入射光臂固定，光纤输出端可在其上

求，分别对III型和Ⅳ型被测凹面光栅组成的光学系来回移动，出射光臂可绕光栅中心旋转，探测器安装

统进行设计和模拟，给出了各自光学系统的像而点列在出射光臂上，可以沿着出射光臂移动；根据被测凹

图和实际光线追迹数据；设计结果表明，出射光斑的面光栅的规格，按照其使用参数进行相应的调整，便

最大宽度为0．72mm，最大高度为7．54mm；从而确定可完成测量单色仪光路结构的设置。

了仪器的探测器尺寸和规格，完成了对凹面光栅衍射由于测量的是相对衍射效率，从前置单色仪m射

作者简介：寇婕婷(1983一)，女，博士，工程师，主要研究方向：光谱技术，光学检测等。

万方数据

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证出射光束的单色性；根据光栅线色散倒数公式，可

以得出前置单色仪系统的光谱带宽△A和入射狭缝

聚焦镜镜宽度以。之间的关系式为：