凸面光栅成像光谱仪的光谱定标

为了对自主研发的凸面光栅成像光谱仪进行光谱定标,基于单色准直光定标法设计了一套由单色仪和平行光管组成的光谱定标系统.采用自行研制的光谱定标数据采集软件及数据处理软件对凸面光栅成像光谱仪进行了光谱定标及定标数据分析.定标结果显示:该定标系统结构紧凑、通用性强,具有较高的定标精度,其光谱范围大于400～800 nm,光谱分...     

凸面光栅成像光谱仪的研制与应用

考虑传统光栅成像光谱仪受光学畸变的限制难以同时实现大光学孔径和小型化要求,利用全息法设计并制作了凸面光栅,并以该凸面光栅作为核心元件研制了便携式成像光谱仪。该光谱仪以推扫方式进行目标扫描,获取成像光谱数据立方。仪器的光谱分辨率为2.4 nm,光谱谱线弯曲为0.1%,色畸变为0.6%,体积为209 mm×199 mm×110 mm。介绍了仪器的工作原理和结构设计,并进行了实验室检测和室外花卉实际光谱测量。测试结果表明:凸面光栅成像光谱仪的光谱分辨率为2.1 nm,光谱谱线弯曲为0.09%,色畸变为0.6%,均满足设计要求,实际花卉光谱测试亦取得了较为理想的结果。     

凸面光栅Offner结构成像光谱仪的傅里叶分析

用傅里叶光学对凸面光栅Offner结构成像光谱仪的光学系统进行了分析;给出了当探测器的接收面放在负一级光谱像平面上时的光强分布公式,建立了探测器接收面上的光强分布与地面目标的空间信息及光谱信息之间的一一对应关系。在此基础上可以对目标进行直接分析。     

一种凸面光栅Offner结构成像光谱仪的设计方法

介绍了一种新型凸面光栅结构成像光谱仪的设计方法.指出在这种系统中存在一个消除了3次和5次像差的环视场.采用低空间频率的凸面光栅(177线/毫米),它仍是一个具有高光谱分辨率(2.1nm)的系统.提出了一种新的设计方法,运用一个简单的方程可以设计出系统中具有最小畸变的环视场;一个非光学专业的设计者可以达到理想的设计目的.这种成像光谱仪结构非常简单,很容易实现小型化和轻型化.实验的结果与理论分析相一致.     

空间应用干涉成像光谱仪的研究

干涉成像光谱技术是空间目标探测的一项新技术,近年来发展迅速。按调制方式干涉成像光谱仪可以分为时间调制、空间调制和联合调制三种。介绍各类干涉成像光谱仪的原理及其发展,并给出了几种典型的干涉成像光谱仪,尤其是LASIS相机,近年来成为干涉成像光谱仪研究的新热点。     

Offner成像光谱仪的消像差技术

介绍了基于同心结构的Offner成像光谱仪光学系统的工作原理、结构特点及优势,综述了Offner型成像光谱仪在国内外的研究进展。较详细地介绍了国内外目前常用的三种消像差方式,即通过改变光学元件装调结构实现消像差,基于单光栅像差理论的解析方法进行消像差以及通过设计凸面全息光栅来提高光谱图像的分辨率。文中总结了Offner成像光谱仪存在的关键问题及发展趋势,强调该系统需要解决的问题的是消除系统像差,提高系统光谱分辨率、空间分辨率和对弱信号的探测能力,其发展方向为更高的分辨率和探测能力以及系统的小型化和轻量化。基于对Offner成像光谱仪的研究,文中提出了一种从凸面全息光栅与光谱仪一体化设计的角度进行消像差的思路。     

光栅成像光谱仪图像畸变校准方法研究

成像光谱仪是一种"图谱合一"的光学遥感仪器。光栅型成像光谱仪由于原理简单,性能稳定,技术发展成熟等优点得到了广泛的应用。光栅成像光谱仪中不同采样步长的选择及不合理的拼接方法会导致目标图像(分划板图像)的畸变,会使原来分划板图像中的正方形发生不同程度拉伸或者压缩成为矩形。现采用He-Ne激光器确定成像光谱仪的通带宽度,并利用低压汞灯进行波长定标,确定特定波长所对应的像元数,通过基于区域和小波变换的拼接方法完成目标图像,从而对目标图像的畸变进行校正。实验证明,可以使畸变量相比原始块匹配拼接方法减小一个数量级。     

光栅成像光谱仪同心光学系统研究

详细讨论了光栅同心光谱仪的波像差表达式。当入射光束与出射光束平行时,单色同心光学系统空间任一点成几何理想像。揭示了光栅同心光谱仪满足远心条件时,光瞳像差仅有三级球差和场曲及高级剩余像差,系统需要校正场曲和球差。光栅必须放在前后光学部分的焦平面上,满足远心条件。最佳光栅刻线是等间隔平行线。介绍了两种典型同心光学系统的结构和特性。     

光栅分光干涉法测量磁盘平面度

本文提出了一种用光栅分光干涉法测量磁盘平面度的非接触式测量方法。它是利用迈克尔逊干涉对磁盘的径向轮廓进行绝对测量;利用光栅衍射的零级和一级光的互干涉对磁盘的周向轮廓进行相对测量。通过数据处理将两者联系起来得到平面度值。该测量原理的优点是:减少外界条件变化的影响和磁盘转动过程中轴本身的摆动及跳动的影响,反映真实的平面度值,使测量达到高精度,本文叙述了对该方法进行的理论分析及实验研究。     

宽谱段空间外差干涉光谱仪

研究了基于中阶梯光栅多级衍射特性实现谱段展宽的宽谱段空间外差干涉光谱仪的基础理论和系统设计方法。阐述了宽谱段空间外差干涉光谱仪的特点,分析了仪器性能指标(光谱分辨率、光谱范围、视场、信噪比、衍射级次等)与初始光学和电子学参数(光栅、视场棱镜、成像系统、探测器等)之间的理论关系。然后,设计并搭建了宽谱段空间外差干涉光谱仪实验平台,该系统的理论光谱分辨率为0.173cm-1@16 950cm-1,光谱区为500~700nm。最后,给出了激光(543.5nm、632.8nm)、Na灯(589nm、589.6nm)、Hg灯(576.96nm、579.07nm)光源的宽谱段实验结果,其复原光谱的平均波数采样间隔为0.17cm-1;光谱复原过程中采用三角切趾函数,平均光谱分辨率为0.39cm-1。实验结果与理论设计符合良好,且复原谱各级次之间的对应关系与光栅方程确定的理论关系完全符合。     

Interferometric displacement measurement of microcantilevers based on integrated dual gratings

介绍了一种基于集成双光栅干涉和CCD图像测量的微梁位移测量方法,并利用相位差约为π/2的一组光栅实现了扩量程位移检测.利用表面牺牲层工艺制作敏感芯片,在玻璃基底上刻蚀深度约为入射激光波长1/8的凹槽,凹槽上下的两组光栅与正上方对应的梁分别构成两组相位敏感集成光栅单元.利用1级衍射光将集成光栅单元成像在CCD靶面上,梁的位移变化通过CCD图像上对应光斑的灰度值变化来反映.实验结果表明,虽然玻璃凹槽腐蚀深度的误差导致光栅之间的相位差偏离π/2,但所制作的集成双光栅结构实现了多周期的扩量程位移检测,通过接近π/2相位差的两个光栅得到的光强信号的错峰使用,避免了干涉法正弦位移检测信号的峰谷不灵敏位置,实验测得微梁的位移变化为650 nm.     

集成双光栅干涉微梁位移测量方法

介绍了一种基于集成双光栅干涉和CCD图像测量的微梁位移测量方法,并利用相位差约为π/2的一组光栅实现了扩量程位移检测。利用表面牺牲层工艺制作敏感芯片,在玻璃基底上刻蚀深度约为入射激光波长1/8的凹槽,凹槽上下的两组光栅与正上方对应的梁分别构成两组相位敏感集成光栅单元。利用1级衍射光将集成光栅单元成像在CCD靶面上,梁的位移变化通过CCD图像上对应光斑的灰度值变化来反映。实验结果表明,虽然玻璃凹槽腐蚀深度的误差导致光栅之间的相位差偏离π/2,但所制作的集成双光栅结构实现了多周期的扩量程位移检测,通过接近π/2相位差的两个光栅得到的光强信号的错峰使用,避免了干涉法正弦位移检测信号的峰谷不灵敏位置,实验测得微梁的位移变化为650nm。     

Use of gratings and periodic structures as alignment targets on wafer steppers

The use of moiré fringe techniques in microfabrication equipment is reviewed with special emphasis on mask-to-wafer alignment. The alignment strategies and associated detection methods of a number of commercial wafer steppers are described and their limitations are discussed. Potential improvements to be gained by holographic detection of grating targets are pointed out and future applications in a dynamic exposure system are proposed.     

紫外临边成像光谱仪CCD电路系统的设计

提出一种用于紫外临边成像光谱仪模数分离成像电路的系统设计方案,该方案避免了CCD模拟输出信号的板间传输和数字信号对模拟信号的干扰,使CCD信号处理电路的噪声水平达到了模拟前端数据手册中给出的2 LSB的性能指标.考虑CCD57-10 BI AIMO没有抗溢出结构,在饱和之前会发生电荷溢出现象,提出了临界溢出电子数的概念...     

热管理技术在紫外成像光谱仪热控制中的应用

研究了紫外成像光谱仪热控制的特点,指出采用常规热设计理念对紫外成像光谱仪散热容易造成散热面面积大、主动加热功耗高等问题。基于热管理技术,提出采用统一收集和综合管理仪器热源产生热量的方法来解决紫外成像光谱仪的热控制问题。对紫外成像光谱仪的热设计验证试验表明:低温工况下整机平均温度变化为18～20℃,最大轴向温差变化为1.0～2.4℃;高温工况下整机平均温度变化为18～24.5℃,最大轴向温差变化为1.2～3.3℃;均满足热控指标要求。结果显示:采用热管理技术综合收集和管理热量能够提高能量利用率、有效降低热控系统规模。提出的方法对其它空间光学遥感器的热控制具有一定参考意义。     

Calculation of the Johann error for spherically bent x-ray imaging crystal spectrometers

New x-ray imaging crystal spectrometers, currently operating on Alcator C-Mod, NSTX, EAST, and KSTAR, record spectral lines of highly charged ions, such as Ar(16+), from multiple sightlines to obtain profiles of ion temperature and of toroidal plasma rotation velocity from Doppler measurements. In the present work, we describe a new data analysis routine, which accounts for the specific geometry of the sightlines of a curved-crystal spectrometer and includes corrections for the Johann error to facilitate the tomographic inversion. Such corrections are important to distinguish velocity induced Doppler shifts from instrumental line shifts caused by the Johann error. The importance of this correction is demonstrated using data from Alcator C-Mod.