用于平场光谱仪的非球面全息凹面光栅设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第：5卷第4期应用激光Vo1．2S．No．4．2005年s月APPLIEDLAsERAugust2005用于平场光谱仪的非球面全息凹面光栅设计*臧峥宁唐敏学李朝明吴建宏(苏州大学信息光学工程研究所．苏州215006)提要基于全息凹面光栅理论和ZEMAX软件．没计了一种用于平场光谱仪的消象差平场非球面全息凹面光栅。与采用相同口径、相同相对孔径的全息凹球面光栅构成的平场光谱仪比较．在人射狭缝宽度相同的情况下．该光栅所构成的平场光谱仪的分辨率得到明显提高，同时·利用较大相对孔径非

2、球面全息凹面光栅．可使平场光谱仪的结构更紧凑．从而可实现平场光谱仪的小型化。关键词平场光谱仪非球面全息凹面光栅Designofaholographicconcavegratingonaspheriealsurfaceforaflat—fieldspeetrographZangZhengningTangMinxueLiChaomingWuJianhong(InstituteofInformationOpticalEngineering．SuzhouUniversity．Su=hou．215006)AbstractBased

3、ontheholographicconcavegratingtheoryandZEMAXsoftware．anaberration-correctedflat—fieldhol—ographicconcavegratingonasphericalsurfaceforaflat—fieldspectrographisdesigned．Comparingthisspectrographtotheonewith3holographicconcavegratingonsphericalsurface，theformerhasla

4、higherresolutionthanthelatterhaswhenthewidthsoftheincidentslitsaresame．Meanwhile·thelargertherelativeapertureoftheholographicconcavegratingonaspheri—calsurfaceis·themorecompacttheflat-fieldspectrographwillbe．Andasmall-sizeflat-fieldspectrographcanbeachieyedforthe

5、measurementofRammanspectrum．Keywordsflat～fieldspectrographasphericalsurfaceholographicconcavegrating目前光谱仪器的发展主要有两个方向，一是精获得的凹面光栅具有无鬼线、像差小、信噪比高和制度更高、功能更强，二是结构更紧凑、使用更方便。作成本低等特点。因此，研究和开发用于高分辨率近年来，随着CCD等平面阵列探测器的迅速发展，小型平场光谱仪的平场全息凹面光栅，具有十分重采用平面阵列探测器的光谱仪器越来越受到人们的要的意义。’关注

6、，其应用日益广泛[1]。而凹面光栅兼有色散和利用ZEMAX软件设计出的平场全息凹球面光成像功能，是构成现代光谱仪器的重要元件之一，它栅，可有效消除离焦像差、彗差和像散。但此时可替代传统光谱仪c—T(Czerny—Turner)结构中为获得较高分辨率，凹球面光栅的相对孔径较小，在的两块凹面反射镜和平面光栅，从而大大简化了光平场光谱仪中不利于待测信号光的收集．尤其是在谱仪的结构。与机刻凹面光栅相比，利用全息技术检测强度极弱的拉曼光谱时，信号光的收集问题显聊№／一y^№；。．，。c(靴)璺!全息凹面光栅使用光路示意图(b)全息

7、凹面光栅记录光路示意图·江苏省高校自然科学研究计划项目(02KJBI40001)2005年2月18日收稿～255—维普资讯http://www.cqvip.com得尤为突出。另外，采用较小相对孔径的凹球面光项．!。为像散项，。为彗差项．F．。为像散彗差项，栅也不利于光谱仪器的小型化。F。、F和F等均为球差项。本文介绍了一种消象差非球面平场全息凹面光在由校正了色差的变间距全息凹面光栅构成的栅的设计方法，以进一步消除部分球差，提高平场光光谱仪系统中，为了获得完全的点象聚焦，光程函数谱仪的分辨率。同时．由于该光栅的相对孔径较大

8、，必须满足费马(Fermat)光学原理：aF／am=0、提高了对信号光的收集本领，并使平场光谱仪的结aF／at=o，即光程函数F应与坐标O0、l无关!·：构更为紧凑，以实现光谱仪器的小型化。理论计算Fk一0(5)结果表明，在口径、相对孔径，以及入射狭缝宽度均全息凹面光栅不可能对任意波长的光都满足这相同的情况下，由非球