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关键词：
尿液微晶,尿pH,X射线衍射,傅里叶转换红外光谱
发表时间：
2011-11-29 14:49:04
平面反射光栅衍射效率自动测试仪的设计与分析
李贤亮 | -> | 1706| 5| 0.323182MB |平面反射光栅,相对衍射效率,光栅光谱仪,线阵NMOS,像差
摘 要 设计了一种快速自动测试平面反射光栅相对衍射效率的新型系统。它采用连续光源照明, 运用双联光栅光谱仪的结构型式, 以N 沟道增强型场效应管阵列(线阵NMOS) 作为光电接收器件。运用光栅光谱仪的相关原理, 对系统的测试原理进行了理论分析; 并对光学系统进行了像质分析。分析得出, 系统装置结构紧凑, 电子学系统简化; 不存在保证两光栅光谱仪的波长扫描同步问题, 具有很好的波长重复性, 精度易于保证; 较之以往文献中的自动化方案制造成本降低, 且操作简便, 工作效率提高。研究结果表明: 该测试仪工作光谱范围为190～1 100 nm , 覆盖了大多数常用光栅的应用波长范围; 且系统光谱分辨率小于3 nm ,完全满足设计要求, 是一种经济可行的方案。
平面衍射光栅是目前应用最为广泛的色散元件, 是各种光谱仪器的核心器件。衍射效率是光栅最重要的性能指标之一, 也是决定光谱仪器能量特性的基本因素。光栅衍射效率通常有两种定义, 即相对衍射效率与绝对衍射效率. 前者定义为单色入射光在给定光谱级次中的衍射光通量与同一单色光经与光栅具有相同孔径的标准平面反射镜反射后的光通量之比; 后者定义为给定光谱级次中单色衍射光通量与入射光通量之比; 光栅光谱衍射效率曲线指的是光栅衍射效率对波长的函数关系。
光栅衍射效率的检测至关重要, 不仅从光栅的研制和生产的角度必须测试衍射效率随波长的变化, 得出衍射效率曲线, 以控制和改善光栅的质量。还由于存在着“伍德异常”(Wood anomaly) 问题, 更有必要对光栅进行实际检测, 发现异常的所在, 以便和光栅理论所预计的结果进行比较, 促使光栅理论的发展和完善。国内, 中国科学院长春光机所现在使用的光栅衍射效率测试设备是20 世纪60 年代自行研制的产品, 属于手动装置, 它承担了本所几乎所有光栅的衍射效率检验工作。该测试仪[1 , 2 ] 采用的是“线谱法”, 即用具有已知标准谱线的光源, 经前置单色器输出若干条标准波长的谱线照明待测光栅和反射镜, 逐点测试对应的效率值, 连接成效率曲线。这种方法虽然波长精度高, 但是, 由于可用的标准谱线数量有限, 只能测量分立波长的衍射效率。
在20 世纪末, 国内曾有过几篇关于平面光栅衍射效率自动测试仪的报道。其中, 浙江大学光学仪器系的林中等[3 , 4 ]于1987 年研制了一套工作波长范围为可见光和近红外区域(014-215μm) 、微机控制的连续扫描自动测试平面反射光栅衍射效率的仪器。但是, 由于此仪器对衍射光通量和反射光通量的测量不同步, 因而未能很好地解决实时测量问题, 并且还需要不断地移入移出反射镜、更换前置单色器的光栅使之与待测光栅相同, 操作不够方便。于是, 1994 年苏州大学物理系的印建平[5 , 6 ] 基于浙江大学的设计思想, 提出了一种既能测试平面光栅相对衍射效率, 还能测试绝对衍射效率, 采用二次衍射方法在测量单色器内构成色散相减双单色仪系统的改进方案, 前置分光光栅与待测光栅刻槽密度可以不同。但是, 存在沿信号通道和沿参考通道的光谱带宽不相等、仪器常数测试与衍射效率测试时间间隔过长等问题。长春光机所齐向东[7 ]采用一种全新的技术方案来研制全自动光栅衍射效率检验仪, 此方案突出的结构特点是省略了前置单色器, 测量所需单色光由被测光栅本身提供, 参考通道和信号通道的光路对称。解决了波长同步精度不易保证和两单色仪色散率不匹配的难题, 扩大了测量范围。但是整个测试系统的像质不易保证, 而且制造成本高, 对于连续扫描系统而言, 这种结构也略显复杂。
光栅衍射效率的检测至关重要, 不仅从光栅的研制和生产的角度必须测试衍射效率随波长的变化, 得出衍射效率曲线, 以控制和改善光栅的质量。还由于存在着“伍德异常”(Wood anomaly) 问题, 更有必要对光栅进行实际检测, 发现异常的所在, 以便和光栅理论所预计的结果进行比较, 促使光栅理论的发展和完善。国内, 中国科学院长春光机所现在使用的光栅衍射效率测试设备是20 世纪60 年代自行研制的产品, 属于手动装置, 它承担了本所几乎所有光栅的衍射效率检验工作。该测试仪[1 , 2 ] 采用的是“线谱法”, 即用具有已知标准谱线的光源, 经前置单色器输出若干条标准波长的谱线照明待测光栅和反射镜, 逐点测试对应的效率值, 连接成效率曲线。这种方法虽然波长精度高, 但是, 由于可用的标准谱线数量有限, 只能测量分立波长的衍射效率。
在20 世纪末, 国内曾有过几篇关于平面光栅衍射效率自动测试仪的报道。其中, 浙江大学光学仪器系的林中等[3 , 4 ]于1987 年研制了一套工作波长范围为可见光和近红外区域(014-215μm) 、微机控制的连续扫描自动测试平面反射光栅衍射效率的仪器。但是, 由于此仪器对衍射光通量和反射光通量的测量不同步, 因而未能很好地解决实时测量问题, 并且还需要不断地移入移出反射镜、更换前置单色器的光栅使之与待测光栅相同, 操作不够方便。于是, 1994 年苏州大学物理系的印建平[5 , 6 ] 基于浙江大学的设计思想, 提出了一种既能测试平面光栅相对衍射效率, 还能测试绝对衍射效率, 采用二次衍射方法在测量单色器内构成色散相减双单色仪系统的改进方案, 前置分光光栅与待测光栅刻槽密度可以不同。但是, 存在沿信号通道和沿参考通道的光谱带宽不相等、仪器常数测试与衍射效率测试时间间隔过长等问题。长春光机所齐向东[7 ]采用一种全新的技术方案来研制全自动光栅衍射效率检验仪, 此方案突出的结构特点是省略了前置单色器, 测量所需单色光由被测光栅本身提供, 参考通道和信号通道的光路对称。解决了波长同步精度不易保证和两单色仪色散率不匹配的难题, 扩大了测量范围。但是整个测试系统的像质不易保证, 而且制造成本高, 对于连续扫描系统而言, 这种结构也略显复杂。
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