基于全息元件的教學(xué)型光纖光譜儀的開(kāi)發(fā).pdf

1、光譜儀器是光學(xué)儀器的重要組成部分，是對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行觀測(cè)、分析和處理的基本設(shè)備，因此設(shè)計(jì)一個(gè)低費(fèi)用、小型化的實(shí)驗(yàn)室用光譜儀，用以在課堂上普及光譜儀知識(shí)，提高學(xué)生對(duì)光譜儀原理與使用方法的掌握，為將來(lái)從事相應(yīng)的工作打下好的基礎(chǔ)具有實(shí)際意義。
　　光學(xué)系統(tǒng)作為光譜儀的核心系統(tǒng)，直接關(guān)系到光譜儀性能的好壞和體積的大小，是微型光譜儀器設(shè)計(jì)的核心部分之一。本文系統(tǒng)闡述了光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的組成部分，工作原理，性能特征，提出了基于全息光學(xué)元件

2、的光路-光柵設(shè)計(jì)方法?；谌⒐鈱W(xué)理論分析了全息光學(xué)元件的制作和使用原理，包括記錄過(guò)程和高斯成像性質(zhì)，光焦度，成像位置、衍射效率，像差分析以及作為光纖光譜儀光柵元件進(jìn)行分光和成像的可行性，基于此理論設(shè)計(jì)了光譜儀器的兩種光學(xué)系統(tǒng)，分別是基于全息元件的透射式光路和反射式光路，在初始參數(shù)確立后利用ZEMAX仿真軟件進(jìn)行建模，得到像質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，然后進(jìn)行優(yōu)化，得出最終的參數(shù)和模擬結(jié)果。所設(shè)計(jì)的全息光柵記錄波長(zhǎng)為575nm，記錄光束之間的夾角為10

3、°，一束為平面波，一束為球面波，焦距47.6mm，使用+1級(jí)衍射光，光柵孔徑為10mm。所設(shè)計(jì)的光譜儀的工作波長(zhǎng)范圍為430-830nm，體積140*30*40mm，光譜面展寬為29.1mm。最后，在光學(xué)平臺(tái)上搭建光路，利用已研發(fā)完成的電路系統(tǒng)及光譜儀軟件，針對(duì)汞燈光譜進(jìn)行試驗(yàn)，光譜分辨率優(yōu)于5nm，測(cè)量得到的汞燈光譜與標(biāo)準(zhǔn)汞燈光譜一致，表明了所設(shè)計(jì)的基于全息元件的光纖光譜儀光學(xué)系統(tǒng)是可行的。最后，進(jìn)行整機(jī)調(diào)試和波長(zhǎng)標(biāo)定，完成整體設(shè)計(jì)。