本文關(guān)鍵詞：紫外微型光譜儀的光學設(shè)計及其探測器紫外增敏技術(shù)研究

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【摘要】：近年來,隨著紫外微型光譜儀在分析化學、農(nóng)藥殘留檢測、水質(zhì)監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,對光譜儀的像差、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稱的切爾尼-特納光路結(jié)構(gòu)設(shè)計了紫外微型光譜儀的光學系統(tǒng),使用ZEMAX軟件對光路進行了模擬、優(yōu)化和像質(zhì)評價。同時,為解決光譜儀中前照式CCD探測器對紫外光譜弱響應(yīng)的問題,開展了對該類探測器的紫外響應(yīng)增強技術(shù)研究。除去CCD的表面玻璃保護罩,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)實現(xiàn)紫外光-可見光的波長轉(zhuǎn)換,增強CCD對紫外光譜的響應(yīng)能力。最后,基于以上光學設(shè)計,自行研制并裝調(diào)了一臺光譜儀樣機。通過對比CCD鍍膜前后在光譜儀器中對紫外光譜的不同響應(yīng),對紫外增敏技術(shù)進行了評價,同時對CCD紫外增敏后光譜儀系統(tǒng)的分辨率等相關(guān)參數(shù)的改變進行了研究。論文主要包括以下幾個方面的內(nèi)容:1、基于交叉非對稱的切爾尼-特納(C-T)光路結(jié)構(gòu),設(shè)計紫外微型光譜儀的光學系統(tǒng),并對光譜儀系統(tǒng)的理論分辨率進行分析討論。使用ZEMAX軟件對光路結(jié)構(gòu)進行模擬、優(yōu)化和像質(zhì)評價,當采用30μm狹縫和1800線/mm光柵時,模擬光學系統(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附近最高分辨率達到0.1 nm,各類像差圖說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,傳遞效率50%以上。2、采用德國BASF公司生產(chǎn)的Lumogen?Yellow S 0795熒光粉與有機溶劑硝化纖維素、無水乙醇按照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線陣CCD的光敏面上進行鍍膜實驗研究,有效控制膜層厚度、均勻性和表面光滑性。3、研制了一臺紫外微型光譜儀樣機,采用鹵鎢燈、低壓汞燈和氘燈對光譜儀的光路系統(tǒng)進行裝調(diào)。檢測對比CCD鍍膜前后對同一波段范圍(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)相對增強系數(shù)大于8.7倍,短波截止波長從310 nm藍移至200 nm以下,同時可見光譜強度幾乎沒有變化。最后,對比得出CCD鍍膜前后365 nm譜線的像素分辨率僅相差3 pixel。以上實驗分析說明,本論文采用的CCD紫外增敏實驗方案在不影響光譜儀器分辨率的前提下,使前照式線陣CCD獲得了良好的紫外響應(yīng)增強效果,并且不影響可見光的透過性。
【關(guān)鍵詞】：微型光譜儀 紫外光譜 光學設(shè)計 CCD紫外增敏
【學位授予單位】：中國計量學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 國內(nèi)外研究進展及現(xiàn)狀17-22
• 1.2.1 紫外微型光譜儀的國內(nèi)外研究進展及現(xiàn)狀17-20
• 1.2.2 CCD紫外增敏技術(shù)的國內(nèi)外研究進展及現(xiàn)狀20-22
• 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容和研究意義22-25
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容22-23
• 1.3.2 研究意義23-25
• 2 紫外微型光譜儀的光學系統(tǒng)設(shè)計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系統(tǒng)設(shè)計36-40
• 2.2.1 光路設(shè)計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)評價41-44
• 2.4 光譜儀樣機實際性能檢測44-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 3 紫外微型光譜儀的光電探測器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 線陣CC D50-51
• 3.2 CCD藍敏技術(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)增強研究54
• 3.3 TCD 1304 線陣CCD的紫外增敏實驗54-59
• 3.3.1 實驗原理54-55
• 3.3.2 實驗過程55-59
• 3.4 本章小結(jié)59-60
• 4 基于紫外增敏線陣CC D的微型光纖光譜儀60-67
• 4.1 紫外微型光譜儀樣機裝調(diào)60-63
• 4.2 紫外增敏CCD的熒光效果檢測63-65
• 4.2.1 紫外離散光譜強度相對增強系數(shù)63-64
• 4.2.2 紫外截止波長64-65
• 4.3 紫外增敏CCD對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69-72
• 作者簡歷72

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本文編號：941065