本文關(guān)鍵詞：紫外微型光譜儀的光學(xué)設(shè)計(jì)及其探測(cè)器紫外增敏技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 微型光譜儀 紫外光譜 光學(xué)設(shè)計(jì) CCD紫外增敏

【摘要】：近年來(lái),隨著紫外微型光譜儀在分析化學(xué)、農(nóng)藥殘留檢測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,對(duì)光譜儀的像差、分辨率和光譜范圍等性能要求也不斷提高。本論文基于交叉非對(duì)稱(chēng)的切爾尼-特納光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了紫外微型光譜儀的光學(xué)系統(tǒng),使用ZEMAX軟件對(duì)光路進(jìn)行了模擬、優(yōu)化和像質(zhì)評(píng)價(jià)。同時(shí),為解決光譜儀中前照式CCD探測(cè)器對(duì)紫外光譜弱響應(yīng)的問(wèn)題,開(kāi)展了對(duì)該類(lèi)探測(cè)器的紫外響應(yīng)增強(qiáng)技術(shù)研究。除去CCD的表面玻璃保護(hù)罩,基于旋涂法將熒光粉Lumogen S 0795鍍膜在CCD像敏面上,利用熒光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)紫外光-可見(jiàn)光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,增強(qiáng)CCD對(duì)紫外光譜的響應(yīng)能力。最后,基于以上光學(xué)設(shè)計(jì),自行研制并裝調(diào)了一臺(tái)光譜儀樣機(jī)。通過(guò)對(duì)比CCD鍍膜前后在光譜儀器中對(duì)紫外光譜的不同響應(yīng),對(duì)紫外增敏技術(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià),同時(shí)對(duì)CCD紫外增敏后光譜儀系統(tǒng)的分辨率等相關(guān)參數(shù)的改變進(jìn)行了研究。論文主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:1、基于交叉非對(duì)稱(chēng)的切爾尼-特納(C-T)光路結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)紫外微型光譜儀的光學(xué)系統(tǒng),并對(duì)光譜儀系統(tǒng)的理論分辨率進(jìn)行分析討論。使用ZEMAX軟件對(duì)光路結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬、優(yōu)化和像質(zhì)評(píng)價(jià),當(dāng)采用30μm狹縫和1800線(xiàn)/mm光柵時(shí),模擬光學(xué)系統(tǒng)在180~270 nm光譜范圍內(nèi)整體分辨率優(yōu)于0.5 nm,在180 nm附近最高分辨率達(dá)到0.1 nm,各類(lèi)像差圖說(shuō)明條紋像斑在色散方向規(guī)則且集中,各種像差控制在容限內(nèi),空間頻率為5lp/mm時(shí),傳遞效率50%以上。2、采用德國(guó)BASF公司生產(chǎn)的Lumogen?Yellow S 0795熒光粉與有機(jī)溶劑硝化纖維素、無(wú)水乙醇按照0.08g:0.7g:0.3g的比例混合后,基于旋涂法先后在玻璃基片和TCD 1304線(xiàn)陣CCD的光敏面上進(jìn)行鍍膜實(shí)驗(yàn)研究,有效控制膜層厚度、均勻性和表面光滑性。3、研制了一臺(tái)紫外微型光譜儀樣機(jī),采用鹵鎢燈、低壓汞燈和氘燈對(duì)光譜儀的光路系統(tǒng)進(jìn)行裝調(diào)。檢測(cè)對(duì)比CCD鍍膜前后對(duì)同一波段范圍(217~318nm)的紫外離散和連續(xù)光譜響應(yīng),分析得出:CCD鍍膜后紫外響應(yīng)相對(duì)增強(qiáng)系數(shù)大于8.7倍,短波截止波長(zhǎng)從310 nm藍(lán)移至200 nm以下,同時(shí)可見(jiàn)光譜強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化。最后,對(duì)比得出CCD鍍膜前后365 nm譜線(xiàn)的像素分辨率僅相差3 pixel。以上實(shí)驗(yàn)分析說(shuō)明,本論文采用的CCD紫外增敏實(shí)驗(yàn)方案在不影響光譜儀器分辨率的前提下,使前照式線(xiàn)陣CCD獲得了良好的紫外響應(yīng)增強(qiáng)效果,并且不影響可見(jiàn)光的透過(guò)性。
【關(guān)鍵詞】：微型光譜儀 紫外光譜 光學(xué)設(shè)計(jì) CCD紫外增敏
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH744.1;TN23
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 1 緒論15-25
• 1.1 引言15-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及現(xiàn)狀17-22
• 1.2.1 紫外微型光譜儀的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及現(xiàn)狀17-20
• 1.2.2 CCD紫外增敏技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及現(xiàn)狀20-22
• 1.3 本論文的主要研究?jī)?nèi)容和研究意義22-25
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容22-23
• 1.3.2 研究意義23-25
• 2 紫外微型光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)25-46
• 2.1 色散型光譜儀的基本原理25-36
• 2.1.1 基本特性25-27
• 2.1.2 光路結(jié)構(gòu)27-32
• 2.1.3 像差分析32-36
• 2.2 紫外微型光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)36-40
• 2.2.1 光路設(shè)計(jì)36-38
• 2.2.2 理論分辨率分析38-40
• 2.3 ZEMAX軟件模擬和優(yōu)化光路系統(tǒng)40-44
• 2.3.1 模擬和優(yōu)化光路系統(tǒng)41
• 2.3.2 像質(zhì)評(píng)價(jià)41-44
• 2.4 光譜儀樣機(jī)實(shí)際性能檢測(cè)44-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 3 紫外微型光譜儀的光電探測(cè)器46-60
• 3.1 CCD圖像傳感器46-51
• 3.1.1 CCD的基本工作原理47-49
• 3.1.2 CCD的基本特性49-50
• 3.1.3 東芝TC D 1304 線(xiàn)陣CC D50-51
• 3.2 CCD藍(lán)敏技術(shù)研究51-54
• 3.2.1 背照減薄型CCD52-54
• 3.2.2 前照式CC D的紫外響應(yīng)增強(qiáng)研究54
• 3.3 TCD 1304 線(xiàn)陣CCD的紫外增敏實(shí)驗(yàn)54-59
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)原理54-55
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程55-59
• 3.4 本章小結(jié)59-60
• 4 基于紫外增敏線(xiàn)陣CC D的微型光纖光譜儀60-67
• 4.1 紫外微型光譜儀樣機(jī)裝調(diào)60-63
• 4.2 紫外增敏CCD的熒光效果檢測(cè)63-65
• 4.2.1 紫外離散光譜強(qiáng)度相對(duì)增強(qiáng)系數(shù)63-64
• 4.2.2 紫外截止波長(zhǎng)64-65
• 4.3 紫外增敏CCD對(duì)光譜儀分辨率的影響65-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 5 總結(jié)與展望67-69
• 5.1 總結(jié)67
• 5.2 展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 作者簡(jiǎn)歷72

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本文編號(hào)：941065