大口径透镜成像光谱仪研究

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1、分类号学号M201272506学校代码10487密级硕士学位论文大口径透镜成像光谱仪研究学位申请人：李哲学科专业：光学工程指导教师：左都罗教授答辩日期：2015.05.23ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudiesonLensImagingSpectrographwithLargeApertureCandidate:LiZheMajor:OpticalEngeeringSupervisor

2、:Prof.ZuoDuluoHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的

3、规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文不保密□。属于:（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要拉曼光谱自发现起就被广泛应用于物质成分检测，适用于固体、液体和气体物质，气体的拉曼光谱由于信号微弱受到了很多限制。本文研制了一种能用于气体拉曼光谱检测的大口径透

4、镜成像光谱仪，光谱仪最大的特点是使用了大相对孔径镜头作为准直与汇聚元件，高衍射效率的全息光栅作为分光器件。根据使用要求，确定了光谱仪的性能指标，然后经过设计计算确定光谱仪的初始结构，并组建了实验测试用的透镜光谱仪，对光谱仪的各项参数进行了详细测试，并搭建实验装置对空气的拉曼光谱进行了检测，结果显示光谱仪的各项参数都在设计的范围内，并可以在较短时间内得到清晰明确的空气拉曼谱线。在测试中也发现了一些不足，大口径光谱系统会有强烈的狭缝弯曲现象，并且狭缝弯曲现象的出现与系统的像差无关，主要由光线斜入射光栅导致。此外，通过研究发现汇聚光学系统与CCD系

5、统不是十分契合，主要原因是CCD芯片前的真空窗口在大口径系统中带来的像差不可忽略。为了使光谱仪性能进一步的改善，将对光谱仪的这些不足进行研究改进。首先分析了狭缝弯曲的成因与理论公式，并根据狭缝弯曲理论公式编写程序对狭缝弯曲进行矫正；然后根据仪器的实际情况，自行设计了汇聚镜头，在设计过程中考虑了真空窗口带来的像差并加以修正，使分光系统能与CCD相匹配，以期进一步提高系统的性能。关键词：光谱学大口径透镜光谱仪高灵敏度气体拉曼光谱狭缝弯曲矫正ZEMAX透镜设计I华中科技大学硕士学位论文AbstractRamanspectrumiswidelyuse

6、dasamaterialtestingmethodssincediscovered,Ramanscatteringeffectexistinallmolecule,whatevergaseous,liquidorsolid.TheapplicationofRamanspectrumingasesisquitelimitedduetoitslowintensity.AkindoflensimagingspectrometerisdesignedforRamanscatteringofgasesinthispaper,thestrongestfe

7、atureforthisspectrometeristheuseofcameralenswithhighNAasthecollimatingandconvergingopticsandtransmissionvolumephaseholographicgratingwithhighdiffractionefficiencyasspectroscopicdevices,andthesensitivityoftheinstrumentisthetopfactortobeconsideredinthedesign.Wedeterminedthepe

8、rformanceindexofthespectrometeraccordingtotherequirement,thenCalculatetheinitialst