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光谱仪厂家为您介绍微型光谱仪的光路设计是怎样?
点击次数:36 发布时间:2021-11-03
    由于光谱仪的尺寸限制,微型光谱仪在满足一定光谱范围时,其分辨力往往难以小于0.1nm。而一些特殊应用场合要求光谱仪不仅具有微小的尺寸,还要求具有极高的光谱分辨力。
  光谱能够反映物质分子结构信息,在生物、化学、医药材料、食品工业以及地质勘探等领域起着重要的作用。随着科学技术日新月异的发展和众多前沿学科的互相交叉、渗透和融合,对光谱仪提出了宽光谱、高分辨力、小型化等一系列新要求,因而微型光谱仪受到了极大的关注。目前光谱仪有多种光路结构,即在光谱仪结构中采用平面透射衍射光栅,会使测量光谱范围较窄;采用凹面衍射成像系统的光谱仪成本较高、体积较大,其广泛应用有一定的局限性;光路结构不仅可以避免二次或多次衍射,而且便于光学元件的加工与调装,具有测量范围宽、结构简单、成本低廉等特点,被广泛应用于微型光谱仪中。近年来,国内外的研究人员对微型光谱仪的设计和性能进行了大量的研究工作,浙江大学的夏果等人采用在探测器前加柱面透镜用于消除离轴像散,且采用了交叉性光路结构,虽然体积上实现了小型化,但其分辨力仅为0.3nm-0.4nm。
  光路设计是微型光谱仪的重要组成部分,光谱分辨能力直接影响了微型光谱仪测量系统的性能。目前,平面光栅光谱仪绝大多数采用Czerny-Turner光路结构,其根本原因,首先在于此结构安排紧凑、体积小、成本低,其次在于该结构简单、光路对称且和谱面基本平直。另外,此结构的像质随离开中心距离增大而变坏的速度较其他反射成像结构要慢得多,因此能保证获得满意像质的较宽光谱。该结构是由狭缝、球面反射准直镜、平面衍射光栅、球面反射聚焦镜和CCD组成。入射光线由狭缝入射,经准直镜将光线准直后投向光栅上,光栅将不同波长的光线分开,最后由聚光镜将分开的光线聚焦照射到探测器CCD上,进行相应的信号采集与分析。CT光路结构分为M型和交叉型,其中M型光路在光谱测量范围内的彗差和分辨力稳定性较好。
  最后,由于光谱范围较窄,在此光学设计基础上通过仅转动光栅的角度,使得波段范围逐渐变宽。该光学系统的结构尺寸小,分辨力高,光谱工作范围宽。其设计方法和结果可为新一代超高分辨力微型光谱仪的设计提供参考。
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