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《廣義光柵方程與光柵線密度測(cè)試及二維ccd全譜光譜儀的研制》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文廣義光柵方程與光柵線密度測(cè)試及二維CCD全譜光譜儀的研制姓名：胡中文申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：核技術(shù)及應(yīng)用指導(dǎo)教師：劉祖平;王秋平20050401中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文胡中文摘要摘要從IsaacNewton以來(lái)光譜技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。19世紀(jì)末HenryRowland發(fā)明了衍射光柵刻劃?rùn)C(jī)和凹面光柵分光裝置，從此光柵分光儀器成為光譜分析領(lǐng)域的主角，其工作波長(zhǎng)從軟x光一直延伸到紅外波段，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、天文、遙感、物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境檢測(cè)等。典型的光譜儀是由光源、色散元件、準(zhǔn)直聚焦光學(xué)
2、系統(tǒng)和探測(cè)器組成。光柵光譜儀隨著光源、探測(cè)器和光柵相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。二十世紀(jì)中期同步輻射光源和激光光源的出現(xiàn)，二十世紀(jì)末高分辨率、高靈敏度和高量子效率固態(tài)探測(cè)器技術(shù)的進(jìn)步，以及光柵相關(guān)技術(shù)的進(jìn)展使得光譜儀的面貌煥然一新。一方面高端儀器向高通量和高分辨率的極端發(fā)展，另一方面中小型儀器在追求通用化、智能化和低成本的同時(shí)也在不斷大幅度的提升分辨率和靈敏度。光柵光譜儀按照結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)可以分為四種類型即單色儀、多道光譜儀、攝譜儀和成像光譜儀。作者的研究領(lǐng)域是光柵光譜儀，讀博期間的工作涉及單色儀和攝譜儀，同時(shí)在光柵理論和光柵線密度測(cè)量技術(shù)兩個(gè)方面作了工作。文章第零篇對(duì)光柵光譜儀相關(guān)問(wèn)題
3、作了一般性的敘述，并對(duì)衍射光柵的像差理論作了系統(tǒng)綜述，說(shuō)明了各種光柵像差理論的優(yōu)缺點(diǎn)。光柵是光譜儀的最核心元件，具有刻線條紋是它不同于鏡子的本質(zhì)區(qū)別。對(duì)光柵理論的理解和對(duì)光柵特性的測(cè)試都與條紋不可分離。全息像差校正光柵在同步輻射光束線、太空光譜測(cè)量、等離子體診斷和商用光譜儀中都得到普遍使用。研究高級(jí)光柵的相關(guān)理論和其線密度測(cè)試方法具有重要的意義。高級(jí)光柵廣義方程和刻線密度的高精度測(cè)試是作者參加大科學(xué)工程過(guò)程中取得的具有一般意義的學(xué)術(shù)成果，作者將這些有普遍意義的研究總結(jié)出來(lái)單獨(dú)成篇(即文章的第一篇1。在光柵的成像特性研究中，通過(guò)對(duì)光柵刻線密度表達(dá)方式的分析，解決了光柵廣義方程的形式問(wèn)題
4、，并對(duì)它們?cè)诠饩€追跡中的應(yīng)用作了探討。其中顯式的線密度表達(dá)式系首次給出。對(duì)于光柵的光線追跡，商業(yè)軟件(Zemax等)普遍利用傳統(tǒng)的welford向量公式，通過(guò)數(shù)值方法實(shí)現(xiàn)。它們基本上都使用了光柵線密度參數(shù)(對(duì)于第二代全息光柵它是帶兩個(gè)參數(shù)三個(gè)分量的向量函數(shù)，通常是不知道的。)，這對(duì)高級(jí)光柵的光線追跡并不方便，codeV和Oslo等通過(guò)使用相函數(shù)輔助描述形成任意光柵的非球面波，為高級(jí)光柵光線追跡提供了強(qiáng)有力的手段。不過(guò)，相函數(shù)除了與光柵條紋有關(guān)，還與光柵的槽形及入射光的波長(zhǎng)有關(guān)，利用相函數(shù)求中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文胡中文摘要解的過(guò)程也通過(guò)數(shù)值方法實(shí)現(xiàn)，因此它不如條紋函數(shù)簡(jiǎn)單直接。作
5、者的工作使得對(duì)于高級(jí)光柵的光線追跡變得更容易和更靈活。給出了NSRL磁性圓二色光束線上一塊平面變線距光柵的線密度測(cè)量結(jié)果，并將測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用到非平面光柵線密度的測(cè)量，取得的精度好于同期國(guó)際同行的測(cè)試結(jié)果。在用衍射法進(jìn)行非平面光柵測(cè)量時(shí)，作者發(fā)現(xiàn)了光柵面形和離軸誤差互相耦合的現(xiàn)象，通過(guò)分析離軸誤差影響鋇9量精度的機(jī)理，推導(dǎo)了～般面形的離軸誤差補(bǔ)償算法，使非平面光柵刻線密度的測(cè)量準(zhǔn)確度(絕對(duì)精度)達(dá)到2x10。4，而多次測(cè)量的RMS誤差只有l(wèi)xlO～。這種算法適合于所有通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)光柵測(cè)量衍射角的測(cè)量系統(tǒng)。一塊商用球面光柵的測(cè)量結(jié)果證明了該算法是正確的。該方法是首次報(bào)導(dǎo)的適合于小曲率半徑光柵線
6、密度的測(cè)量方法。一維光譜儀受到一維光電器件像元數(shù)目的限制，為了在更寬光譜范圍獲得更高的分辨率，基于二維固態(tài)探測(cè)器的中階梯光柵光譜儀是優(yōu)先選擇，這種光譜儀可以覆蓋大波長(zhǎng)范圍，無(wú)級(jí)次重疊，可實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率和高效率：儀器檢出限好，動(dòng)態(tài)范圍大，通過(guò)選擇不同的積分時(shí)間對(duì)于弱光和強(qiáng)光都可取得較好效果；再加上體積小、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；光、機(jī)、電、算結(jié)合，全譜直讀，一次曝光完成，可具有背景校正、自動(dòng)標(biāo)定等功能，能實(shí)現(xiàn)高度智能化和自動(dòng)化?；诠虘B(tài)面陣探測(cè)器的全譜光譜儀研制(文章的第二篇)是實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新課題，工作波長(zhǎng)選在紫外可見(jiàn)波段，這是原子譜線最富集的波段。在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，選擇了Czer
7、ny—Turner結(jié)構(gòu)并用棱鏡實(shí)現(xiàn)交叉色散系統(tǒng)有較好的點(diǎn)到點(diǎn)成像性能和平場(chǎng)特性。對(duì)中階梯光柵光學(xué)系統(tǒng)作了比較詳細(xì)的分析，仔細(xì)計(jì)算了系統(tǒng)的效率和分辨率特性。選擇熱電冷卻紫外增強(qiáng)背薄型二維面陣FFT—cCD作為光譜采集的探測(cè)器，并配備了快門，用C++編寫了具有良好人機(jī)界面的軟件，可以實(shí)現(xiàn)CCD和快門控制及相關(guān)的圖形圖像功能。設(shè)計(jì)了圖形圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，能實(shí)現(xiàn)CcD圖像的實(shí)時(shí)采集，存儲(chǔ)和分析等功能。安裝調(diào)試是保證光學(xué)系統(tǒng)工作的一個(gè)重要階段。提出的一套安裝調(diào)試方案實(shí)現(xiàn)了
