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光路設(shè)計(jì)是微型光纖光譜儀使用的重中之重
由于光譜儀的尺寸限制，當(dāng)微型光纖光譜儀滿足一定的光譜范圍時(shí)，其分辨率往往很難低于0.1nm。一些特殊應(yīng)用要求光譜儀不僅體積小，而且光譜分辨率非常高。光路設(shè)計(jì)是微型光譜儀的重要組成部分。光譜分辨率直接影響微型光譜儀測(cè)量系統(tǒng)的性能。
目前絕大多數(shù)平面光柵光譜儀采用車爾尼特納光路結(jié)構(gòu)。根本原因在于結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光路對(duì)稱，與光譜平面基本平坦。此外，這種結(jié)構(gòu)的圖像質(zhì)量隨著距中心距離的增加而劣化的速度比其他反射式成像結(jié)構(gòu)要慢得多，因此它可以保證廣譜的令人滿意的圖像質(zhì)量。該結(jié)構(gòu)由狹縫、球面反射準(zhǔn)直器、平面衍射光柵、球面反射聚焦鏡和CCD組成。入射光從狹縫入射，經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后投射到光柵上。光柵分離不同波長(zhǎng)的光。最后，聚光鏡將分離后的光聚焦到探測(cè)器CCD上，進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)采集和分析。CT光路結(jié)構(gòu)分為M型和十字型。M型光路的彗差和分辨率在光譜測(cè)量范圍內(nèi)穩(wěn)定。
為實(shí)現(xiàn)微型光纖光譜儀高分辨率、小型化的設(shè)計(jì)目標(biāo)，便于與機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸的匹配，光譜儀的設(shè)計(jì)指標(biāo)確定為體積為90mm×130mm×40mm，光譜測(cè)量范圍為820納米980nm，光譜分辨率為0.05nm。但是由于對(duì)光譜分辨率的要求很高，我們只能設(shè)計(jì)880nm左右的光譜測(cè)量范圍900nm微型光譜儀，再通過(guò)優(yōu)化旋轉(zhuǎn)8個(gè)光柵傾角，光譜測(cè)量范圍達(dá)到820nm?980nm，從而達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。
光柵是微型光纖光譜儀光路系統(tǒng)中的核心器件，因此光柵的選擇非常重要。在現(xiàn)代光譜儀中，多采用閃耀光柵代替平面透射光柵，主要是因?yàn)殚W耀光柵可以將單縫衍射中心最大值的位置從零級(jí)光譜無(wú)色散轉(zhuǎn)移到其他色散光譜級(jí)，從而使能量變?yōu)楦小?/div>
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