【摘要】：CCD(Charge-coupled Device,電荷耦合器件)直讀式光譜分析儀在環(huán)境監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,現(xiàn)有的基于線陣CCD的光譜分析儀的分辨率不夠高,而基于面陣CCD的光譜分析儀的成本較高,本文提出一種新型的線陣CCD直讀式光譜儀結(jié)構(gòu),可以在控制成本的前提下提高波長分辨率。本文的主要研究工作如下:基于光譜的波段分割和光柵的空分復(fù)用技術(shù),提出了一種新型的線陣CCD直讀式光譜儀結(jié)構(gòu),可以大幅提高波長分辨率。在CCD傳感器前設(shè)置貼有兩片不同波段濾光片的轉(zhuǎn)輪,將工作波段分為兩個子波段依次由CCD感應(yīng)并接收,實現(xiàn)波段分割;于光柵前設(shè)置濾光片陣列,各濾光片按一定角度、一定距離排列,使不同子波段的中心波長在光柵上的入射角不同而衍射角相同,從而實現(xiàn)光柵的空分復(fù)用�；贛型Czerny-Turner光路結(jié)構(gòu),結(jié)合光譜的波段分割和光柵的空分復(fù)用技術(shù),設(shè)計了一臺CCD直讀式光譜儀,光譜測量范圍為450-850nm,以650nm為中心分為450-650nm和650-850nm兩個子波段�？紤]系統(tǒng)的球差、慧差、像散和寬波段、大視場像差的矯正,設(shè)計了光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及狹縫、準(zhǔn)直鏡、光柵、聚焦鏡和CCD傳感器等光學(xué)元件的參數(shù)�；赯EMAX軟件建模,對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗證,并搭建實驗平臺,對所設(shè)計光譜儀的可行性進(jìn)行驗證。以波長650nm的紅色激光作為光路調(diào)試光源,以低壓汞氬光源對光譜儀進(jìn)行波長標(biāo)定,最后對波長532nm的綠色激光和波長650nm的紅色激光進(jìn)行測試,波長誤差分別為0.879nm和1.26nm。實驗結(jié)果驗證了技術(shù)方案的可行性,但有待進(jìn)一步研究和優(yōu)化。
【圖文】：

按照光譜儀的工作原理，將其大致分成兩種類型：經(jīng)典色散型光譜儀和調(diào)制光譜儀[14]。.1 經(jīng)典色散型光譜儀經(jīng)典色散型光譜儀中具體分成棱鏡色散光譜儀和光柵色散光譜儀兩種。兩者致相同，只是分光元件有所區(qū)別，一個利用的是棱鏡，一個利用的是光柵，，之集并分析待分析光束色散后的光信號。(1)棱鏡色散光譜儀如圖 1-1 所示是棱鏡色散光譜儀的工作原理圖[15]。待分析光線由入射狹縫進(jìn)儀系統(tǒng)，準(zhǔn)直鏡將光束變成平行光，之后平行光入射在棱鏡一端面上，入射角為過棱鏡兩個表面的折射，以出射角θ出射，再經(jīng)過聚焦鏡聚焦后被圖像傳感器所接收。

散光譜儀作為如今最受歡迎的色散型光譜儀[18]，其色散元件采用學(xué)平面或凹面上刻劃出平行的等寬且互相間距相等的狹縫而做成射光柵有很多種類，也有許多種的分類方式：按照衍射光的方向和反射型，按照調(diào)制光波的方法不同可以分成振幅型和相位型。射式光柵由于同樣會存在的材料色散而基本不會被商用光譜儀所式光柵性能的優(yōu)秀，相比之下更受歡迎。散光譜儀根據(jù)其色散元件光柵表面形狀的不同又可以分成平面光光譜儀[19]。其中，平面光柵多用于平行光束的衍射，所以在整加準(zhǔn)直系統(tǒng)將入射光準(zhǔn)直為平行光；而凹面光柵多用于發(fā)散光束額外設(shè)計準(zhǔn)直系統(tǒng)和聚焦系統(tǒng)，光路結(jié)構(gòu)更加簡單，但高級次衍色散光譜儀發(fā)展至今也有著幾種比較常用的光學(xué)結(jié)構(gòu)： Ebert-Frner 結(jié)構(gòu)，Littrow 結(jié)構(gòu)等[20]。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN386.5;TH744.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2603895