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【6h】

一种高分辨率的CCD直读型光谱仪研究

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目录

声明

1 绪论

1.1光谱仪的发展与应用

1.2光谱仪器分类

1.3 CCD直读型光谱仪的发展现状

1.4论文创新点及本文研究内容

2 理论分析

2.1光学系统设计

2.2信号分析系统设计

2.3关键技术

2.4关键器件分析

2.5本章小结

3 参数设计及仿真分析

3.1光路结构参数计算

3.2 Zemax仿真建模

3.3本章小结

4 实验研究

4.1实验仪器

4.2实验平台搭建

4.3实验结果及分析

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

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摘要

CCD(Charge-coupled Device,电荷耦合器件)直读式光谱分析仪在环境监测、食品安全等领域有着广泛的应用,现有的基于线阵CCD的光谱分析仪的分辨率不够高,而基于面阵CCD的光谱分析仪的成本较高,本文提出一种新型的线阵CCD直读式光谱仪结构,可以在控制成本的前提下提高波长分辨率。本文的主要研究工作如下:
  基于光谱的波段分割和光栅的空分复用技术,提出了一种新型的线阵CCD直读式光谱仪结构,可以大幅提高波长分辨率。在CCD传感器前设置贴有两片不同波段滤光片的转轮,将工作波段分为两个子波段依次由CCD感应并接收,实现波段分割;于光栅前设置滤光片阵列,各滤光片按一定角度、一定距离排列,使不同子波段的中心波长在光栅上的入射角不同而衍射角相同,从而实现光栅的空分复用。
  基于M型Czerny-Turner光路结构,结合光谱的波段分割和光栅的空分复用技术,设计了一台CCD直读式光谱仪,光谱测量范围为450-850nm,以650nm为中心分为450-650nm和650-850nm两个子波段。考虑系统的球差、慧差、像散和宽波段、大视场像差的矫正,设计了光学系统的结构参数及狭缝、准直镜、光栅、聚焦镜和CCD传感器等光学元件的参数。
  基于ZEMAX软件建模,对光学系统进行了仿真验证,并搭建实验平台,对所设计光谱仪的可行性进行验证。以波长650nm的红色激光作为光路调试光源,以低压汞氩光源对光谱仪进行波长标定,最后对波长532nm的绿色激光和波长650nm的红色激光进行测试,波长误差分别为0.879nm和1.26nm。实验结果验证了技术方案的可行性,但有待进一步研究和优化。

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