激光誘導擊穿光譜技術(shù)（LIBS）作為一種新興的原子光譜分析技術(shù),擁有快速、多元素同時測量、原位檢測等優(yōu)點,被廣泛用于土壤重金屬檢測等領域中。作為LIBS系統(tǒng)的核心組成部分——中階梯光譜儀,它的性能好壞決定著LIBS的光譜檢出限和檢測精度。本文針對LIBS在土壤重金屬檢測中的應用需求,設計一種寬波段、高分辨率的小型中階梯光譜儀,利用zemax軟件實現(xiàn)光譜儀的光學設計,評價光譜儀的成像質(zhì)量,完成中階梯光譜儀樣機的研制。論文的主要研究內(nèi)容如下:1.從中階梯光譜儀的基本理論出發(fā),分析中階梯光柵的原理特性,介紹中階梯光譜儀的系統(tǒng)組成,分析中階梯光譜儀不同于普通光譜儀的特點。2.重點研究中階梯光譜儀的光學設計方法,從光路設計和元件參數(shù)關系兩方面進行研究。提出李特洛（Littrow）光路和切爾尼-特納（Czerny-Turener）光路相結(jié)合的設計方法,建立光學元件參數(shù)與光譜儀光譜范圍和光譜分辨能力之間的數(shù)學關系模型,分析光學元件之間的尺寸關系。Zemax仿真實現(xiàn)中階梯光譜儀光學設計。3.為保證光譜儀在光譜范圍內(nèi)擁有高的光譜分辨能力,對中階梯光譜儀的像差進行研究,分別提出球差、彗差和像散的矯正方法。... 

【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 相關技術(shù)概述
        1.2.1 LIBS技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 LIBS技術(shù)對光譜分光系統(tǒng)的要求
        1.2.3 中階梯光譜儀研究現(xiàn)狀
    1.3 論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排
    1.4 本章小結(jié)
第二章 中階梯光譜儀的基礎理論
    2.1 中階梯光柵的特性
    2.2 中階梯光譜儀的系統(tǒng)組成
        2.2.1 光源系統(tǒng)
        2.2.2 準直系統(tǒng)
        2.2.3 色散系統(tǒng)
        2.2.4 聚焦系統(tǒng)
        2.2.5 檢測記錄和顯示系統(tǒng)
    2.3 中階梯光譜儀原理及特性
        2.3.1 中階梯光譜儀原理
        2.3.2 光譜重疊與交叉色散
        2.3.3 狹縫像傾斜
        2.3.4 中階梯光譜儀的能量傳輸效率
        2.3.5 中階梯光譜儀光譜分辨能力
    2.4 本章小結(jié)
第三章 中階梯光譜儀光學設計
    3.1 中階梯光譜儀的光路設計
        3.1.1 幾種光路結(jié)構(gòu)介紹
        3.1.2 Littrow與Czerny-Turner結(jié)合光路設計
    3.2 元件參數(shù)與儀器性能參數(shù)關系建立
        3.2.1 元件參數(shù)與儀器光譜范圍關系
        3.2.2 元件參數(shù)與儀器光譜分辨能力關系
        3.2.3 元件尺寸關系
    3.3 中階梯光譜儀設計實例
        3.3.1 儀器整體方案設計
        3.3.2 儀器元件參數(shù)的確定
        3.3.3 光學設計結(jié)果分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 中階梯光譜儀優(yōu)化設計和成像質(zhì)量評價
    4.1 像差理論
    4.2 光學系統(tǒng)的像差分析和矯正
        4.2.1 球差的矯正
        4.2.2 彗差的矯正
        4.2.3 像散的矯正
    4.3 中階梯光譜儀優(yōu)化設計
        4.3.1 優(yōu)化設計方案
        4.3.2 優(yōu)化設計結(jié)果
    4.4 成像質(zhì)量評價
        4.4.1 點列圖
        4.4.2 像差特性曲線
        4.4.3 能量分布曲線
    4.5 本章小結(jié)
第五章 中階梯光譜儀樣機研制與性能測試
    5.1 中階梯光譜儀樣機研制
        5.1.1 光學元件固定件設計
        5.1.2 樣機整體設計
    5.2 中階梯光譜儀樣機性能測試
        5.2.1 樣機測試條件
        5.2.2 測試結(jié)果
    5.3 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況說明
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]消像散型Czerny-Turner成像光譜儀圖像變形校正研究[J]. 唐義,鄭成,南一冰,李飛,郭蕾.  光學學報. 2015(01)
[3]全國土壤污染狀況調(diào)查公報[J].   中國環(huán)保產(chǎn)業(yè). 2014(05)
[4]高分辨率中階梯光柵-棱鏡交叉色散光路設計[J]. 張尹馨,楊懷棟,鄧超,黃戰(zhàn)華,金國藩.  光譜學與光譜分析. 2013(06)
[5]中階梯光柵光譜儀的光學設計[J]. 唐玉國,宋楠,巴音賀希格,崔繼承,陳今涌.  光學精密工程. 2010(09)
[6]激光誘導擊穿光譜技術(shù)分析土壤中的Cr和Sr[J]. 黃基松,陳巧玲,周衛(wèi)東.  光譜學與光譜分析. 2009(11)
[7]中階梯光柵的應用研究進展[J]. 謝品,倪爭技,黃元申,張大偉,張永康.  激光雜志. 2009(02)
[8]土壤中微量重金屬元素Pb的激光誘導擊穿譜[J]. 許洪光,管士成,傅院霞,張先燚,許新勝,季學韓,鳳爾銀,鄭榮兒,崔執(zhí)鳳.  中國激光. 2007(04)
[9]高分辨率階梯光柵光譜儀的光學設計[J]. 武旭華,朱永田,王磊.  光學精密工程. 2003(05)
[10]位相光柵色散特性的矢量衍射理論分析[J]. 巴音賀希格,齊向東,唐玉國.  物理學報. 2003(05)

博士論文
[1]寬波段葉階梯光柵光譜儀設計與標定方法研究[D]. 陳少杰.中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所） 2013

碩士論文
[1]多通道快速光譜解析系統(tǒng)[D]. 沈杭城.浙江大學 2006



本文編號：3186364