可见近红外线阵CCD光谱仪设计

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1、第27卷第10期文章编号：1007一l180(2010)10—0028—04可见近红外线阵CCD光谱仪设计孟庆华(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033)摘要：为了满足快速光谱测量工作的需要，设计了可见近红外瞬态光谱仪。介绍了仪器的主要技术指标．对影响仪器性能的关键单元进行了分析。光谱仪光谱分辨率达到0．4nm，最小积分时间2ms．谱面30mm不平直度0．028mm。现场使用表明，所设计的光谱仪能满足实际工作中的需要关键词：瞬态光谱仪；线阵CCD；平像场：光谱分辨率中图分类号：TH744．1文献标识码：

2、ADoI：10．3788／OMEI201027】0．0028DesignofVisibleNear-infraredSpectrometerforLinearArrayCCDMENGQin-hua(ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsand尸ics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033,Abstract：Inordertomeetthedemandoftransientspectralmeasuring，thevisibletonear—

3、infraredspectrometerwasstudied．Themaintechnicaltargetofspectrometerwasintroduced，andthekeypartsinfluencingspectrometerper—formancewereanalyzed．Thespectralresolutionwas0．4nm，leastintegraltimewas2ms，andstraightnessofimagewaslessthan0．028mm．Theresultoflocaleuseshowedt

4、hatthespectrometercouldmeettherequirementsofprac—ticalWOrk．Keywords：transientspectrometer；lineararrayCCD；straightnessofimage；spectralresolution防等领域十分重要的测量分析设备．在这引起领域得1引言到了极其广泛的应用。传统可见近红外光谱仪采用光谱仪器是生物医学、食品、空间工程、天文单色仪进行波长扫描。单通道光电接收器实现光电转观测、地质矿藏勘探、工农业生产、石油化工和国换，测量速度慢，逐

5、个波长串行输出工作模式，完成281www．omeinfo．com，⋯⋯第27卷第1O期：2：．!一一幅光谱图测量甚至需要花上几分钟时间，不能满光谱仪的色散元件主要包括棱镜和光栅。光栅足现场实时快速测量要求。仪器最大的不足是光栅分光的特点是对整个光谱范围可提供线性光谱色散，的机械轴和传动机构长时间连续使用容易磨损，影存在光谱级次重叠；棱镜分光的特点是不存在光谱响波长的精度和重复性。随着阵列探测器的性能不级相互重叠的问题，光通量较高，色散有很大的非断提高和计算机技术的快速发展，解决了瞬态光谱线性。根据实际要求，可见近红外线阵CC

6、D光谱仪测量的难题，使光谱技术得到迅速发展[3-砌。由于它是采用平面闪耀光栅做为色散元件，使所测波段范围多通道并行测量方式，不需要机械扫描，可靠性和光谱分辨率基本一致。测量速度大幅提高。由于线阵列探测器的长度和像可见近红外线阵CCD光谱仪系统由聚光系统、元面积的限制，光谱仪的波长范围和分辨率受到一平像场光谱仪、固态阵列探测器、快速D变换器定限制。及计算机数据处理等部分组成。仪器组成原理框图见图1。2主要性能指标1．会聚镜会聚光路由两组相同望远物镜组成，，数3．3，图1可见近红外瞬态光谱仪原理框图与光谱仪相匹配。3．2聚光系统

7、2．平像场聚光系统见图2。相对孔径f／3．3，与平像场光谱·光谱范围-400—800nm仪相匹配。为适应光源与光谱仪间不同距离的使用，·分辨率：0．4nm(缝宽15／xm，缝高5mm，会聚光路由两组相同望远物镜组成，中间光线为平600条线／ram光栅)行光．两组物镜之间的距离可任意调节，而不影响·F数：3．3物镜的相对孔径。为保证在400～800nm光谱范围·谱面长度：30mm内消色差，物镜采用ZF6和K9玻璃组合。所设计·杂散光：优于l03．探测器·光谱范围：400～l100nm-N测器：2160像元阵列探测器4．AD：1

8、2bit3仪器关键单元设计3．1仪器组成图2聚光系统示意图光谱仪测量系统主要分为干涉型和分光型两大类。干涉型光谱仪是通过傅立叶变换获得信号光的光谱信息，特别适合对微弱光信号的探测，但帧频相对较低。分光型光谱仪是基于棱镜或光栅分光原理，把待测光按波长分开，对不同波长的光信号进行探测，获得信号