毫米波光栅谱仪的研究

摘要

本文对毫米波光栅谱仪进行了详细的分析和讨论。 详细分析了作为分频元件的几种反射式光栅的衍射效率和分辨率。基于周期系统的电磁理论，采用积分法，三次样条插值法，场匹配方法，分别推导出三角形、正弦、矩形光栅的衍射效率的计算公式。讨论了衍射效率随光栅结构参数及入射角的变化关系。在对矩形光栅研究的基础上，提出了两种变形复合周期矩形光栅结构，分别推导出它们的衍射效率计算公式，讨论了此时场匹配法的适用性，并将这两种复合光栅的衍射特性与矩形光栅相比较。另外，对这几种光栅的角色散率和波长的最小分辨率也进行了详细的分析。在综合比较了这几种光栅衍射效率的基础上，结合光栅的分辨率，选择出三角形光栅作为分频元件，并给出它的结构参数值。 球面反射镜、抛物面反射镜作为准直、成像元件，广泛应用于光栅谱仪中。对于球面反射镜，利用几何光学和静态相位法计算出平行光束经球面镜反射后的汇聚区间及区间内的场强分布，并给出它的特殊情况，即光束近轴入射到球面镜上的成像特点。证明了抛物面反射镜无球差的特点。通过比较这两种反射镜的准直、成像特点，选择出离轴球面反射镜作为准直、成像元件，并给出相应的结构参数值。 最后，给出整个光栅谱仪的设计方案，介绍了使用光栅谱仪测量频率的方法。 这项工作对于国内的高功率毫米波、THz技术有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2光谱仪器的发展动态

1.3本论文的主要工作

第二章周期光栅结构中的电磁波特性

2.1引言

2.2光栅结构中的电磁波特性

2.2.1周期系统中的Floquet定理

2.2.2空间谐波

第三章光栅衍射特性的研究

3.1引言

3.2常见光栅衍射效率公式推导及结果分析

3.2.1三角形光栅

3.2.2正弦光栅

3.2.3矩形光栅

3.3矩形光栅的变形结构

3.3.1 复合周期矩形光栅衍射效率的公式推导及结果分析

3.3.2槽内有阶梯突变矩形光栅衍射效率的公式推导及结果分析

3.4几种光栅衍射效率的比较

3.5光栅分辨本领的分析

3.5.1光栅的角色散率

3.5.2光栅的分辨率

3.6本章小结

第四章准直、成像系统的研究

4.1球面反射镜

4.2抛物面反射镜

4.3本章小结

第五章光栅谱仪的总体设计方案

5.1光栅谱仪的结构方框图

5.2测量方法的介绍

5.2.1光栅谱仪标定方法的介绍

5.2.2测量方法

5.2.3相关误差的理论分析

5.3本章小结

第六章总结

附录1

参考文献

致 谢

作者在攻硕期间取得的研究成果