近年來,光譜儀器的應(yīng)用場景和應(yīng)用范圍越來越廣泛,除了在科學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行光譜分析外,光譜儀器還越來越多地應(yīng)用在工業(yè)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測等商用和民用領(lǐng)域。在這種應(yīng)用背景下,對(duì)光譜儀器的要求已經(jīng)不限于更高的精度和更加全面的功能,還根據(jù)需求朝著微型化的趨勢(shì)發(fā)展。自上世紀(jì)九十年代以來,光學(xué)器件和微電子領(lǐng)域都進(jìn)入了快速發(fā)展的階段,這為光譜儀器的微型化提供了有利的技術(shù)條件。目前市場上已經(jīng)針對(duì)各種應(yīng)用場景,推出了各種具有針對(duì)性的微型光譜儀,但光譜工作范圍覆蓋紫外光、可見光、近紅外光的寬波段微型光譜儀仍然存在一些亟需解決的問題。因此,本文針對(duì)寬波段微型光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化措施進(jìn)行研究,具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。首先,本文針對(duì)常見的微型光譜儀的光學(xué)結(jié)構(gòu),對(duì)稱式切尼-特納結(jié)構(gòu)和交叉式切尼-特納結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和對(duì)比,選擇了對(duì)稱式切尼-特納結(jié)構(gòu)作為本文設(shè)計(jì)的寬波段微型光譜儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)。然后,根據(jù)其中的光學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析,歸納出其光學(xué)約束關(guān)系;在此基礎(chǔ)上,提出了一套基于光學(xué)約束關(guān)系的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,并使用zemax仿真軟件進(jìn)行了光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。并分析了光學(xué)系統(tǒng)中不同類型的像差和公差對(duì)于成像質(zhì)量的影響,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu),保證了試制的光學(xué)系統(tǒng)的可靠性。另外,針對(duì)拓寬光譜范圍造成的兩個(gè)問題:紫外響應(yīng)不高和引入二級(jí)光譜線干擾,分析了其出現(xiàn)的原因,并提出了進(jìn)行紫外增強(qiáng)鍍膜以及設(shè)置濾光片的方法,經(jīng)濟(jì)、有效地解決了這兩個(gè)問題。最后設(shè)計(jì)了與光學(xué)系統(tǒng)配套的電子系統(tǒng)和軟件系統(tǒng),對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際的測量,測量的結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的微型光譜儀能在200-1100nm的區(qū)間內(nèi)得到1nm左右的分辨率,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法和針對(duì)于寬光譜采取的優(yōu)化措施的可靠性和合理性。
【學(xué)位單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH744.1
【部分圖文】：

缺點(diǎn)是相較于交叉式切尼－特納光學(xué)結(jié)構(gòu)體積偏大。逡逑淲玉煖善琴：＝逡逑圖２－１對(duì)稱式切尼一特納光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖逡逑２．３．２交叉型切尼－特納結(jié)構(gòu)逡逑交叉式切尼－特納光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖２－２所示，光線到達(dá)器件的順序與對(duì)稱式切逡逑尼－特納光學(xué)結(jié)構(gòu)相同，主要區(qū)別在于光學(xué)器件的位置。相較于對(duì)稱式切尼－特納逡逑光學(xué)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)更加緊湊，空間利用率較高。光束走過的路徑有重疊，所以會(huì)逡逑有較大的像差，其分辨率在較寬的光譜范圍內(nèi)一致性較差，容易出現(xiàn)中心波長與逡逑兩個(gè)邊緣波長處的分辨率差距較大的情況。逡逑ＩＩ逡逑１１１逡逑圖２－２交叉式切尼一特納光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖逡逑１３逡逑

圖２－１對(duì)稱式切尼一特納光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖逡逑２．３．２交叉型切尼－特納結(jié)構(gòu)逡逑交叉式切尼－特納光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖２－２所示，光線到達(dá)器件的順序與對(duì)稱式切逡逑尼－特納光學(xué)結(jié)構(gòu)相同，主要區(qū)別在于光學(xué)器件的位置。相較于對(duì)稱式切尼－特納逡逑光學(xué)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)更加緊湊，空間利用率較高。光束走過的路徑有重疊，所以會(huì)逡逑有較大的像差，其分辨率在較寬的光譜范圍內(nèi)一致性較差，容易出現(xiàn)中心波長與逡逑兩個(gè)邊緣波長處的分辨率差距較大的情況。逡逑ＩＩ逡逑１１１逡逑圖２－２交叉式切尼一特納光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖逡逑１３逡逑

逡逑為２．邋８５Ｖ左右。光譜響應(yīng)曲線如圖３－２所示，其在紫外波段的光譜響應(yīng)不高，需逡逑要使用特殊的處理方法進(jìn)行處理將在后面的章節(jié)中詳細(xì)介紹。逡逑ｉ：｜邐４／ｆ邐＇：：Q冨義蟽鍶耆義希埃村危皺五義希埃沖危皺五義希埃插危苠五義希埃卞危阱義希板五邋邋邋邋濉卞義希矗埃板危擔(dān)埃板危叮埃板危罰埃板危福埃板危梗埃板危保埃埃板義希祝幔觶澹歟澹睿紓簦楨澹郟咤義賢跡常插澹桑蹋兀擔(dān)擔(dān)矗鹿餛紫煊η咤義希常玻膊問杓乒體義顯諶范ǎ茫茫囊院螅純梢愿萆銜鬧刑岢齙姆椒ń泄餛滓遣問納杓坪灣義霞撲�。己知ＣＣＤ像脣却夶x劍玻福叮罰玻鰨鰨源宋鸕憧忌杓啤Ｎ⑿凸餛滓侵幸誨義習(xí)愎庹ざ疾捎靡患堆萇涔餛�，故取擦P澹藉澹保澹棋澹藉澹

本文編號(hào)：2824659