本文關(guān)鍵詞：平面衍射光柵雜散光測(cè)試系統(tǒng)研究　出處：《中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 光柵雜散光 雜光測(cè)試儀 光譜儀 雜光抑制 光學(xué)設(shè)計(jì)

【摘要】：光柵作為光譜分析技術(shù)的一種關(guān)鍵分光元器件,成為發(fā)展高精密光譜分析儀器的核心之一。光柵雜散光是光柵質(zhì)量的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo),特別對(duì)高分辨率光柵更為重要。光柵雜散光主要是由光柵本身的缺陷所產(chǎn)生的,它對(duì)光譜儀器的信噪比造成極大的影響,直接影響到高精度光譜儀的測(cè)量精度和測(cè)量范圍,只有準(zhǔn)確測(cè)量出它的強(qiáng)度,才能夠計(jì)算、判斷和處理它對(duì)光譜數(shù)據(jù)造成的危害。目前,光柵雜散光的精確測(cè)量依然比較困難,國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一的檢測(cè)方法。從測(cè)量原理上主要有兩種測(cè)量方式:一種是基于電磁場(chǎng)理論,采用會(huì)聚光入射,結(jié)合矢量衍射理論和Kirchhoff衍射方程,測(cè)量得到雙向反射分布函數(shù)(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)。但是,采用會(huì)聚光對(duì)平行光使用條件下的光柵進(jìn)行測(cè)量會(huì)存在較大誤差,影響最終測(cè)量精度。并且雙向反射分布函數(shù)(BRDF)理論是滿足瑞利散射條件下的測(cè)量,主要用于粗糙表面雜散光的測(cè)量,但對(duì)于低刻線密度的光柵,其刻痕的尺度一般都大于一個(gè)λ,即不滿足瑞利散射條件,而高刻線密度的光柵,一般希望考察的小角度內(nèi)雜散光分布情況,即不滿足理論的邊界條件,測(cè)量的理論依據(jù)還不完善,難以從測(cè)量數(shù)據(jù)中反演出測(cè)量光柵的缺陷。另一種是采用與光柵實(shí)際使用方式一致的平行光照射,基于Fresnel-Kirchhoff衍射方程的經(jīng)典標(biāo)量衍射理論,測(cè)量得到光柵分布函數(shù)(Grating Distribution Function,GDF)。該方法對(duì)類光譜儀器的光柵雜散光有更嚴(yán)格的推導(dǎo),但是,已有該類型儀器多采用Littrow結(jié)構(gòu)或空間折疊布局,由于儀器本身比較緊湊,令儀器內(nèi)部的雜光消除困難。并且Littrow結(jié)構(gòu)后端的球面鏡既充當(dāng)準(zhǔn)直鏡又作為聚焦鏡,為儀器本身引入了二次雜光干擾,使儀器對(duì)該球面鏡表面精度要求較高�；诖�,本文對(duì)平面衍射光柵雜散光測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。具體研究工作如下:第一,基于Fresnel-Kirchhoff衍射方程的經(jīng)典標(biāo)量衍射理論,建立了平行光入射條件下光譜儀器中光柵雜散光的相對(duì)強(qiáng)度表達(dá)式以及光柵分布函數(shù)(GDF)的測(cè)量模型,為雜光建模分析和光柵表面參數(shù)反演提供了理論基礎(chǔ)。第二,研究了電磁場(chǎng)理論與標(biāo)量衍射理論的關(guān)聯(lián)性,并結(jié)合基于電磁場(chǎng)理論的雙向反射分布函數(shù)(BRDF)的分布形式,建立了光柵分布函數(shù)(GDF)與空間功率譜密度(Power Spectral Density,PSD)的相關(guān)聯(lián)模型,指導(dǎo)鏡面加工和雜光建模。第三,采用模塊化設(shè)計(jì)與光機(jī)一體優(yōu)化設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式,完成了系統(tǒng)的整體光學(xué)設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了儀器在平行光照明的條件下,采用光學(xué)衰減法對(duì)15×15mm2~200×200mm2口徑的不同刻線密度光柵380~900nm寬波段、高成像質(zhì)量、低雜光的光柵分布函數(shù)(GDF)測(cè)量。第四,對(duì)平面衍射光柵雜散光測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行雜光建模和分析,優(yōu)化了系統(tǒng)中光闌、光學(xué)陷阱和遮光罩的設(shè)置,完成了儀器自身雜光抑制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并為狹縫、消光漆選型和光學(xué)元件加工等提供依據(jù),實(shí)現(xiàn)儀器自身低雜光的要求,最終系統(tǒng)達(dá)到10-9的測(cè)量量級(jí)。第五,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精密光機(jī)裝調(diào),確定系統(tǒng)的測(cè)試能力和重復(fù)性,并研究了測(cè)量數(shù)據(jù)的修正和處理算法,獲得了光柵分布函數(shù),同時(shí)結(jié)合平面衍射光柵雜散光理論,得到光柵表面參數(shù)反演模型,為獲得被測(cè)光柵表面參數(shù)提供理論基礎(chǔ),以求進(jìn)一步為光柵質(zhì)量檢驗(yàn)和制作工藝改進(jìn)提供參考依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN25

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 徐敏,江鐵(一艮),郭厚林,張桂林;制作全息平面衍射光柵的兩種光路[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1981年01期

2 朱凌建;湯曉君;邱宗明;劉君華;張鐘華;張勇;;近紅外光譜烷烴類氣體定量分析系統(tǒng)的研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2011年01期

3 ;[J];;年期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 楊晉;平面衍射光柵雜散光測(cè)試系統(tǒng)研究[D];中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2017年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 岳紅軒;快速光譜分析系統(tǒng)[D];浙江工業(yè)大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：1318190