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平场全息凹面光栅的设计

激光杂志 2005年第2期26卷 57-58页

作者：李朝明吴建宏唐敏学苏州大学信息光学工程研究所苏州215006

介绍一种从罗兰圆结构出发,利用ZEMAX光学软件设计平场全息凹面光栅的方法。此设计方法简便,在兼顾平场和提高分辨率方面效果显著。最后给出了一个设计实例,并对设计结果进行了分析和评价。

关键词：平场全息凹面光栅罗兰圆子午圆场

用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅的模拟与设计

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光谱学与光谱分析 2008年第7期28卷 1670-1673页

作者：向贤毅温志渝重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044 重庆大学微系统研究中心重庆400044

针对近红外光谱分析属于微弱信号与多元信息处理的特点，基于全息凹面光栅理论，采用光学设计软件CODEV，从初始结构出发，利用软件强大的全局优化功能，设计出一种用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅，成功地减小了像差，解决了宽光... 详细信息

针对近红外光谱分析属于微弱信号与多元信息处理的特点，基于全息凹面光栅理论，采用光学设计软件CODEV，从初始结构出发，利用软件强大的全局优化功能，设计出一种用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅，成功地减小了像差，解决了宽光谱、窄谱面展宽的矛盾，并充分利用了光谱信息，是一种高效率的分光光学系统结构。利用CODEV软件，不需要求解复杂的高级像差方程，能对结果进行迅速评价，并可在设计中同时兼顾平场和提高分辨率的要求，极大地提高了工作效率。最后，给出了实例，设计出的全息凹面光栅工作波长范围为900-1700nm、直径Ф=25mm、F／#=1．5，对设计结果分析表明：在宽度为50μm缝光源再现情况下，理论分辨率优于6．3nm。

关键词：平场全息凹面光栅近红外光谱仪 CODE V

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微型光谱仪平场全息凹面光栅的优化设计

浙江大学学报（工学版） 2008年第2期42卷 312-316页

作者：程梁陈燕平朱若波叶子余飞鸿浙江大学光电信息工程学系浙江杭州310027

研究了应用于微型光谱仪的平场全息凹面光栅的设计方法,提出了全局优化和反向优化的设计思想.利用全局优化算法求解了用于设计平场全息凹面光栅的非线性方程组,可以通过调整某些像差项的优化权重,快速有效地完成设计;同时利用反向优化... 详细信息

研究了应用于微型光谱仪的平场全息凹面光栅的设计方法,提出了全局优化和反向优化的设计思想.利用全局优化算法求解了用于设计平场全息凹面光栅的非线性方程组,可以通过调整某些像差项的优化权重,快速有效地完成设计;同时利用反向优化算法对设计的中间结果进行工作位置的微量调节,进一步提高了光栅的光学性能,并阐述了平场全息凹面光栅可以具有多工作位置的原因.以遗传算法为例实现了上述优化思想,并基于TCD1304AP线阵CCD探测器,设计了适用于工作波长为380-780 nm的微型光谱仪系统的平场全息凹面光栅.实际系统经测试得到了良好的成像效果,光谱分辨率可达0.8 nm（50μm狭缝）.

关键词：平场全息凹面光栅微型光谱仪多工作位置反向优化遗传算法

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平场全息凹面光栅的设计

平场全息凹面光栅的设计

中国光学学会2004年学术大会

作者：李朝明吴建宏唐敏学苏州大学信息光学工程研究所苏州大学信息光学工程研究所苏州大学信息光学工程研究所

关键词：平场全息凹面光栅罗兰圆子午圆场

来源： cnki会议评论

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高精度光谱可调动态星模拟技术研究

高精度光谱可调动态星模拟技术研究

作者：刘笑长春理工大学

学位级别：硕士

星敏感器地面标定的重要方式是利用星模拟器模拟无穷远处恒星目标。随着星敏感器探测精度的不断提高,迫切需要星模拟器模拟恒星光谱信息,故光谱可调动态星模拟器成为近年来的研究热点。本论文研究了基于平场全息凹面光栅及空间光调制器(... 详细信息

星敏感器地面标定的重要方式是利用星模拟器模拟无穷远处恒星目标。随着星敏感器探测精度的不断提高,迫切需要星模拟器模拟恒星光谱信息,故光谱可调动态星模拟器成为近年来的研究热点。本论文研究了基于平场全息凹面光栅及空间光调制器(SLM)的光谱可调动态星模拟器及其性能验证系统,以提高星模拟器光谱模拟精度为研究目标,确定了整体设计方案及主要技术指标,并对其光谱调制及耦合系统进行了详细设计与仿真。本文针对光谱引擎调制精度受光调制器件影响的问题,分析了在相同工作环境下不同分光系统对初始光的色散效果,最终选用了基于平场全息凹面光栅的分光系统实现初始光源的色散,完成第一次光调制。在分析基于DMD的光谱调制原理的基础上在ZEMAX中通过更改面型对DMD建模,实现了色散后的光谱在波长和能量两个维度上的选通,完成第二次调制。通过仿真验证,采用二次光调制技术和光谱多线型拟合方法,可实现光谱匹配误差优于±5%。为了提高调制光的耦合效率,设计了基于积分球的调制光耦合系统,通过理论计算,得出积分球出口处的辐亮度与入射辐通量、开口比及内表面材料反射率之间的数学关系,并分别通过Solid Works和Trace Pro对导光锥建模和光线追迹,分析光耦合效率与锥度比、锥长和锥面形状的光系。最后,采用消二级光谱的优化思路,采用Zemax软件设计了相应的耦合透镜,仿真结果表明,消二级光谱优化操作后的耦合透镜的耦合效率达到65.93%。最后,给出了光谱模拟精度测试方法,搭建了光谱可调星模拟器性能验证系统,对光谱模拟精度进行了测试,并对DMD进行了波长维度和能量维度的标定,实测了包括2900K、4800K、5900K、7800K、9800K和20000K在内的6种色温目标的模拟光谱。结果显示,光谱匹配误差在500nm～780nm波段内优于±9.5%,满足技术指标要求。

关键词：星模拟器光谱调制平场全息凹面光栅 DMD 光谱标定

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近红外微型光谱仪关键技术研究

近红外微型光谱仪关键技术研究

作者：谢淼电子科技大学

学位级别：硕士

近红外光谱分析以其信息丰富、信号容易获取等优点,逐渐在食品质量检测、生物医学分析、光纤传感解调、航空航天探测、光通信信道分析等诸多领域得到广泛应用。传统近红外光谱分析仪器结构复杂、体积庞大,难以在实际工程应用中得到推广... 详细信息

近红外光谱分析以其信息丰富、信号容易获取等优点,逐渐在食品质量检测、生物医学分析、光纤传感解调、航空航天探测、光通信信道分析等诸多领域得到广泛应用。传统近红外光谱分析仪器结构复杂、体积庞大,难以在实际工程应用中得到推广,而微型化、嵌入式的近红外光谱仪具有体积小巧、响应快速等优点,能够实现实时在线监测,具有广阔的发展前景。本论文在充分分析近红外微型光谱仪市场前景与国内外发展现状的前提下,针对近红外微型光谱仪关键技术开展研究,设计出了高分辨率、微型化、满足实际工程应用需求的近红外微型光谱分析仪。本论文主要研究工作如下:1.建立了近红外微型光谱仪理论模型,探讨了微型光谱仪基本结构,重点分析了分光系统和接收系统,详细分析了近红外微型光谱仪主要性能参数,以及影响其性能的主要因素。2.提出了一种新型的基于平场凹面光栅的分光光路系统结构,建立了平场全息凹面光栅理论模型,理论分析研究了全息凹面光栅像差模型与像差校正方法,对平场凹面光栅进行优化设计,获得了满足论文要求的凹面光栅结构参数。仿真分析结果表明:优化设计的平场凹面光栅波长分辨率优于2nm,验证了本论文设计的像差校正方法的正确性。3.研制了微型化近红外微型光谱仪硬件电路模块。电路中以FPGA为主控芯片,实现线阵探测器驱动时序控制、AD转换控制、数据存储以及软硬件通信接口等功能。集成化结合低功耗设计实现了电路模块的微型化与可嵌入,为样机微型化奠定基础。4.完成了信号处理算法与测控软件编制。在上位机软件中完成了微型光谱仪软硬件接口驱动程序、编写了光谱数据处理算法、设计了简洁易用的软件界面,实现了光谱数据的采集、处理以及图形化显示。对微型光谱仪进行了波长标定,采用曲线拟合结合标准光源特征谱线的方法实现了线阵CCD像点位置与光波长之间的转换。5.研制了微型光谱仪样机,实现了光学系统、硬件电路和数据处理算法联合调试,并开展样机性能测试实验。实验结果表明:本论文设计的微型光谱仪样机波长分辨率为2nm,其主要性能参数达到了预期的设计目标。

关键词：近红外光谱分析微型光谱仪平场全息凹面光栅分辨率提高算法

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阵列CCD单色仪的研制

阵列CCD单色仪的研制

作者：张勇郑州大学

学位级别：硕士

实际中我们会经常运用光谱进行物质种类的鉴别、确定物质的化学成分及其含量等,因为光谱分析有着自身巨大的优势,对于一些研究目标不能损伤它,或者不能直接接触,使用别的仪器和方法难以完成,这时我们可以尝试用光谱的方法去解决。光学... 详细信息

实际中我们会经常运用光谱进行物质种类的鉴别、确定物质的化学成分及其含量等,因为光谱分析有着自身巨大的优势,对于一些研究目标不能损伤它,或者不能直接接触,使用别的仪器和方法难以完成,这时我们可以尝试用光谱的方法去解决。光学分析仪器中单色仪在实际中有着重要的应用。原子内部电子运动产生了光波,内部电子运动随着物质种类的差异也不一样,从而产生不同的光波。单色仪能够把复色光分离,产生单色光谱,也能通过吸收光谱来做光谱分析和测量,所以单色仪广泛应用在科学研究和教学领域。传统的单色仪体积比较大、系统结构复杂,每次只能进行一次波长的测量,而且不能适应瞬态全过程分析的要求。在进行波长调节时,需要非常精密的光谱正弦扫描机构,其装置操作不便,而且容易损坏。本文综合考虑平场全息凹面光栅、MPS-CCD Driver图像采集模块和可编程智能TFT LCD模组的优势后,在此基础上提出了一个设计方案,本方案采用平场全息凹面光栅作为分光元件来进行光波的分离,平场全息凹面光栅兼有聚焦和分光的作用,还能进行像差校正,而且它的光谱图像面是一个平面。分光部分减去了大量的光学器件,使系统结构大大精简。MPS-CCD Driver图像采集模块内部集成了线阵CCD传感器、驱动采集单元和SPI总线通信接口,使用时,不需要再进行信号采集部分的硬件电路设计,大大降低了系统设计的难度。可编程智能TFT LCD模组包含了TFT LCD相关的驱动和背光电路,模组采用的是大器智能TFT LCD图形控制卡,采用的是三线串口通讯接口,控制简单且灵活。论文已经完成了光路的调试与单片机控制程序的编写,并进行了MPS-CCD Driver图像采集模块和可编程智能TFT LCD模组的调试工作,然后把两者结合并完成调试。最后把各个模块结合在一起并做成整机,并进行了定标。

关键词：平场全息凹面光栅 CCD LCD AVR SPI

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便携式拉曼光谱仪及数据处理关键技术研究

便携式拉曼光谱仪及数据处理关键技术研究

作者：王毅电子科技大学

学位级别：硕士

便携式拉曼光谱仪以其探测范围宽,快速现场测量、无损伤、能够测量水溶液、拉曼特征峰清晰尖锐易于分析等优点,逐步应用于化工、生物医学、地质、食品安全、公共安全等领域,发展迅速,是现代分析技术中重要的分析手段,前景广阔。本文研... 详细信息

便携式拉曼光谱仪以其探测范围宽,快速现场测量、无损伤、能够测量水溶液、拉曼特征峰清晰尖锐易于分析等优点,逐步应用于化工、生物医学、地质、食品安全、公共安全等领域,发展迅速,是现代分析技术中重要的分析手段,前景广阔。本文研究了便携式拉曼光谱仪的关键技术问题,主要针对其系统设计和数据处理两方面进行了研究。设计出了小型化、高分辨率的便携式拉曼光谱仪系统以及优秀的计算机软件和数据处理算法。进行了如下的工作:1.研究了便携式拉曼光谱仪的理论模型与工作原理。详细分析了其中重要子系统:激光光源系统,拉曼探头系统,分光系统的结构及其功能。2.对便携式拉曼光谱仪的光学系统进行了设计研究,分析了其重要部分:分光系统的几种常用结构,并比较了它们的优缺点。提出了一种新型平场全息凹面光栅结构的拉曼分光系统。推导并建立了平场全息凹面光栅分光系统的结构参数与像差之间的数学关系。提出了一种像差优化的方案。并通过仿真表明:所设计的分光系统分辨率优于5cm,大小仅为12.6cm×7.6cm×2.0cm。符合小型化、高分辨率的目的。3.对所选用的S11511-1006型CCD进行了驱动电路设计研究。设计了基于FPGA的CCD时序控制系统,并联合QuartusII与Modelsim仿真验证了设计的9个时序驱动信号满足三个工作阶段的特征与相互之间的相位关系。4.开展了便携式拉曼光谱仪数据处理算法的研究。设计了PC端便携式拉曼光谱仪图形化用户界面。研究了各去噪算法与杂散光去除算法的原理,通过各算法进行实验光谱数据处理,对比其处理拉曼光谱的差异,分析算法的优劣。为基于拉曼光谱的液体浓度定量检测算法处理系统奠定了基础。5.提出了一种基于拉曼光谱的液体浓度定量检测算法处理系统,并应用于酒精浓度实验中来验证其正确性。所建立的酒精浓度定量模型拟合优度R值优于0.9994。该方法能够对酒精浓度进行准确的预测。

关键词：便携式拉曼光谱仪平场全息凹面光栅 CCD驱动数据处理