發(fā)布時間：2020-08-09 14:23

【摘要】：光譜儀是將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器,在天文、化學(xué)、生物、地理、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都是重要的檢測儀器及分析監(jiān)測手段,它能獲得待測物的成分信息。而成像光譜儀在獲取光譜信息的同時還需二維成像,形成物質(zhì)分布圖像,達到透視被測對象的目的,是空間遙感、天文觀測及生命科學(xué)等領(lǐng)域的重要科學(xué)儀器。光譜儀及成像光譜儀根據(jù)應(yīng)用需要,在光譜范圍、光譜分辨率、圖像分辨率等方面有著自身發(fā)展特點,然而在捕捉動態(tài)光譜信息和成像上,提高時間分辨率是兩者共同追求的要素。解決寬波段光譜儀的光譜掃描以及大視場成像光譜的空間掃描所帶來的效率不足問題,是提高儀器時間分辨率的關(guān)鍵�？煺帐焦庾V和成像光譜分析是避免掃描,一次曝光獲取包含光譜和成像的所有所需信息的方法,在瞬態(tài)光譜和成像獲取及分析上有重要價值。本文研究了光學(xué)系統(tǒng)中切分視場或切分子像的光學(xué)切分方法,提出了基于像切分鏡的快照式光譜系統(tǒng)設(shè)計方法,完成了以下主要工作:1.提出了基于像切分鏡的快照式寬譜直讀光譜儀光路結(jié)構(gòu)。像切分鏡及多閃耀角復(fù)合光柵將全波段切分成多個子波段,每波段均有對應(yīng)閃耀波長,以實現(xiàn)全譜閃耀,面陣CCD一次曝光可捕獲全波段的光譜信息。2.設(shè)計了快照式寬譜直讀光譜儀光路系統(tǒng),系統(tǒng)的光譜范圍為200-1000 nm,光譜分辨率為0.3nm。分析比較了單像切分鏡和雙像切分鏡光譜儀系統(tǒng)。3.提出了子像陣列快照式光譜成像方法。像切分鏡將圖像切割成若干狹縫子像并重新排列,經(jīng)過分光系統(tǒng)后,由面陣探測器一次曝光獲得包含被測物空間信息和光譜信息的三維數(shù)據(jù)組(x,y.λ)。4.完成了雙像切分鏡的快照式顯微成像光譜儀的光路系統(tǒng)設(shè)計,系統(tǒng)的視場為0.2mm×0.2mm,光譜范圍為450nm-650nm,經(jīng)軟件仿真可知,系統(tǒng)空間分辨率為0.43μm,光譜分辨率為0.9nm。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH744.1
【圖文】：

套分光光學(xué)系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)了被稱作“夫瑯禾費”的太陽光譜中的吸收暗線。世界上第 臺結(jié)構(gòu)完善的光譜儀器，是在 1859 年由克�；舴颍℅.R.Kirchhoff）和本森（R. W. Bunsen）設(shè)計完成的，目的為研究金屬的光譜，此臺光譜儀器的出現(xiàn)第 次完成了光譜成分的檢測，同時這也標志著光譜學(xué)的誕生[1]。根據(jù)電磁理論，不同的生物化學(xué)成分通常具有不同的光譜特征，這些特征通常由材料和電磁波之間的相互作用產(chǎn)生，如電子躍遷，原子和分子振動或旋轉(zhuǎn)。因此光譜儀的出現(xiàn)幫助科學(xué)家們獲得大量的光譜學(xué)研究和光譜分析數(shù)據(jù)，光譜儀將成分復(fù)雜（即包含多個波長）的光分解為單波長光譜線的科學(xué)儀器，經(jīng)過光譜標定后的光譜儀獲得的光譜圖像通常是波長與強度的相對應(yīng)關(guān)系或波長的空間位置，如圖 1-1 所示。隨著科技發(fā)展的不斷進步，例如機械、計算機、光電檢測技術(shù)以及各種先進加工制造工藝的發(fā)展，光譜儀器的設(shè)計原理及制造技術(shù)也在不斷地進步，其性能也在不斷地提高，相關(guān)應(yīng)用已經(jīng)涉及眾多領(lǐng)域，如航空航天、遙感遙測、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境生態(tài)、軍事科技、以及日常生活和工業(yè)控制等，可用于光源測量，色彩測量，化學(xué)分析和研究各種材料的物理信息。

技術(shù)集成了傳統(tǒng)的成像技術(shù)和光譜技術(shù)，可以同時成三維數(shù)據(jù)立方。光譜成像根據(jù)其光譜分辨率，等參數(shù)可分為多光譜成像，高光譜成像和連續(xù)光譜出現(xiàn)是天文學(xué)家 P. J. C. Janssen 使用雙折射單色儀單色儀（在此時稱為分光鏡，或在這種情況下為 手段，通過用眼睛觀察出口狹縫并快速旋轉(zhuǎn)設(shè)備相對于棱鏡色散的相對位置，可以觀察不同波長的珀羅發(fā)明了干涉濾波器，首次允許天文學(xué)家在狹并調(diào)整濾波器的波長，可調(diào)諧濾波器因此代表了重難以獲得的信息。成像光譜技術(shù)的 個突出的優(yōu)點的反射，吸收或熒光光譜，可以用于檢測傳統(tǒng)灰度類化學(xué)和物理變化[2]，如圖 1-2 所示。隨著技術(shù)的用于機載監(jiān)視或衛(wèi)星成像等遙感領(lǐng)域，采礦地質(zhì)，學(xué)等研究領(lǐng)域。

第 1 章 緒論色散型光譜儀根據(jù)色散類型又可以分為光柵光譜儀和棱鏡光譜儀兩大類，本文主要研究光柵色散型光譜儀。光柵作為色散元件被廣泛的應(yīng)用在光譜儀器中是因為光柵的分光作用，由光柵的分光作用產(chǎn)生的光譜是光柵的夫瑯禾費衍射圖像，它是焦面上 組明暗相間的細條紋，每個波長都有各自的條紋[3]。光柵光譜儀主要由入射狹縫、準直鏡，光柵，聚焦鏡和探測器五部分構(gòu)成，如圖 1-3 所示，光源由狹縫進入準直透鏡，光柵將復(fù)色光轉(zhuǎn)換為不同波長下的單色光后由成像透鏡成像，最終由探測器獲取數(shù)據(jù)。成熟的光柵色散光譜儀結(jié)構(gòu)如 Ebert-Fastie 結(jié)構(gòu)、Czerny-Turner 結(jié)構(gòu)、Littrow 結(jié)構(gòu)等都已非常成熟。傳統(tǒng)的色散型光譜儀可以獲得約 0.1nm 的高分辨率，但光譜范圍較小，通常在 200-500nm。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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