紧凑型静态傅里叶光谱仪光学系统设计

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	紧凑型静态傅里叶光谱仪光学系统设计
	李晚侠
学位类型	硕士
导师	卢启鹏
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	硕士
关键词	傅里叶光谱仪双直角分束器数据处理紧凑型
摘要	傅里叶光谱仪基于双光束干涉获取目标光谱信息,被广泛应用于军事和民用方面。传统的傅里叶光谱仪设有驱动结构,系统含有移动部件,不仅限制了仪器的稳定性,而且仪器整体体积较大,严重影响了其应用范围。因此研究小型化、便携式傅里叶光谱仪具有十分重要的意义。静态傅里叶光谱仪采用静态双光束干涉理论,避免了使用驱动结构,可有效减小系统体积。目前对静态傅里叶光谱仪的研究多集中在测量精度的提高及分束器结构的研究。为了进一步减小静态傅里叶光谱仪光学系统的体积,加强整个光学系统的紧凑性与实用性,本文基于双直角分束器设计了一种紧凑型静态傅里叶光谱仪光学系统。本文基于傅里叶光谱原理进行了理论研究;讨论了几种典型分束器结构的优缺点,重点研究了由两块直角梯形构成的分束器结构;设计了紧凑型的静态傅里叶光谱仪光学系统;利用汞灯及激光光源进行了光谱实验,对干涉图进行数据处理并得到其复原光谱。主要研究内容及成果如下:(1)对紧凑型静态傅里叶光谱仪光学系统进行整体设计,包括前置光学系统、双直角分束器及后置光学系统。比较了几种典型的横向剪切分束器结构的优缺点,对双直角分束器性能参数进行了计算;通过计算得到,当后置光路结构中球面镜与柱面反射镜的倾斜角为6时,光路垂直高度可缩小至24mm。(2)分析了本文设计的光谱仪性能参数,利用Zemax软件对设计的光学系统进行了建模仿真和评价;对仿真的干涉数据处理得到400nm的光谱分辨率为2.17nm,与理论计算一致;并分析了在一定条件下,干涉条纹调制度与狭缝大小无关。分析结果表明该紧凑型静态傅里叶光谱仪光学系统满足设计需求。(3)完成静态傅里叶光谱仪光学系统样机的装调工作后,在此基础上完成了相关的光谱测试实验。对得到的干涉数据进行处理,包括数据预处理、切趾和傅里叶变换等。当汞灯作为定标光源时,得到了404.4nm、436.1nm、545.8nm及577.2nm汞灯特征谱线,复原光谱与实际光谱能够很好吻合;用650nm的单波长激光进行光谱分辨率实验,其光谱分辨率约为5.93nm。上述实验结果均与理论相符合。综上所述,本文提出的紧凑型静态傅里叶光谱仪光学系统的设计方案可行、有效。以双直角分束器为基础,结合倾斜的球面镜和柱面反射镜设计的光谱仪光学系统,为实现结构稳固、体积小、精度高的轻小型傅里叶光谱仪提供了技术支持。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61652
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	李晚侠. 紧凑型静态傅里叶光谱仪光学系统设计[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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