微型光谱仪光学结构研究

微型CCD光谱仪器的总体结构设计

ａａｙｉｆｈｏｓｕｔｎａｄｐｉｃｐｅｏｅｔｍｅｅ．ｉｈｃｍｂｎｓｅｅｈｏｏｙｏｎｌｓｓｏｅｃｎｔｃｉｎｒｉｌｆｐｃｏｔｒｔｒｏｎｓｒｗｈｃｏｉｅｃｎｌｇｆｈｔｔＣＣＤｔｅｔｃｎｌｇｗｉｔｈｏｏｈｈｅｙｏｍｐｔｒＴｅｓｅｔｍａｇｆｈｐｃｏｅｅｏ４０ｔ６ｎｉｐｃａｅｏｕｉｎｉａｏｔ．ｎ． — ｆｃｏｕｅ．ｈｐｃｒｕｒｅｏｅｓｅｔｍｔｒｓｆｍ０７０ｍ．ｔｓｅｔｌｓｌｔｂｕ９ｍＢｅｎｔｒｉｒｏｓｒｒｏｓ３
ｃｕｅｔｅｓｓｅｒａｈｓｉｈｒｅｔｇｓｅｄｔａｅｃｎｉｏａｅｔｏｔｒ，ｏｓｌｎｎａｒａｅｅｔｒｓｅ — ａｓｙｔｍｃｅｇｅｓｎｐｅｎｔｏｄｔｎｌｐｃｍｅｅｓｃｎｕｔｇｌｅｒｒｙｄｔｃｏｓｈｅｈｔｉｈｈｉｓｒｉｉａｉｔ
光谱分辨率３９ｍ。由于采用一维线阵探测器，．ｎ与传统扫描式光谱仪相比，光谱仪的检测速度得到本极大的提高。
关键词：光谱仪ＣＤ探测器Ｃ
Ａｂｔｃ：ｅｔｅｒｑｉｍｅｔｆｉｈｔｓｉｇｓｅｄａｍｕｔｃａｎｌｐｃｒｍｅｅｅｉｎｄｏｅｂｓｓｆｅｐｙｓｒｔａＤｕｔｕｒｏｈｅｅｎｇｔｐｅ，ｌ —ｈｎｅｅｔｏｈｅｎｉｓｏｔｒｉｄｓｇｅｎｔａｉｏｅｌｓｈｄ

基于Fabry-Perot腔阵列的集成化微型光谱仪方案及模拟

系统的可靠性。
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Ｆｉ．１ＢａｉｔｕｃｕｒｆｔｉａｕｒｇｓｃｓｒｔｅｏｈｅｍｎｉｔｅＦａｙＰｅｏｐｃｒｍｎｓｒｍｅｔｂｒ。ｒｔｓｅｔｕｉｔｕｎ
构是在硅基底上实现多个不同腔长的阵列，从而实现对多个波长的监测。探测单元即为一个法布里一珀罗腔，由硅基底一金属薄膜一二氧化硅层一金属薄膜构成。行了相应的模拟计算，结果表明在基本结构为铝膜（４进１ｉＳ０一ｒ一ｉ２银膜（９ｎ的情况下，ｍ）３ｍ）通带半宽度可达到１ｍ，５ｎ单个探测单元面积仅为０１．４ｍｍＸ０１即．４ｍｍ可达到微型光栅式光谱仪（最小体积在ｃｍ量级）的光通量，整个光谱探测部分体积仅在ｍｍ量级。该微型光谱仪设计尺寸在几个ｍｍ的量级、无活动部件，可以同时对多个波长进行检测，并可望利用现有ＩＣ加工手
考虑到与半导体工艺相兼容，我们选择金属薄膜作为ＦｂｙＰｒｔａｒ－ｅｏ腔阵列的反射膜层，文计算中所使用的光学本
１Ｏ
Ｏ８．
０６
Ｏ４．
Ｆｉ．Ｅｑｕｖｌｎｔｐｅｇｓｉｎｏｆｏｔｃｌｃｎｉｕａｉｎｇ３ｉａｅｒｄｉｅｔｏｐｉａｏｆｇｒｔｏ
段实现光谱仪传感器化。
主题词微型光谱仪；ａｒ－ｅｏ腔ＦｂｙＰｒｔ
文献标识码：Ａ文章编号：１０ —５３２０）０１５～５０００９（０６１—９５０

光谱仪的基本结构

光谱仪的基本结构
1. 入射狭缝：入射狭缝是一个小缝隙，用于限制进入光谱仪的光束大小。

它通常位于光谱仪的最前端，是分析光线的起点。

2. 准直镜：准直镜是一个凸透镜或凹透镜，其作用是将入射狭缝处的光线准直，使光线平行射入光栅。

3. 光栅：光栅是光谱仪的核心部分，它由许多狭缝和反射面组成。

光栅的作用是将准直后的光线色散成不同波长的光谱线。

4. 聚焦镜：聚焦镜是一个凹透镜或凸透镜，其作用是将光栅色散后的光谱线聚焦到一起，形成光谱带。

5. 出射狭缝：出射狭缝是一个小缝隙，用于限制出射光的宽度。

它通常位于光谱仪的最后端，是分析光线的终点。

6. 探测器：探测器是一个光电传感器，用于检测出射狭缝处的光谱线。

探测器将光信号转化为电信号，以便后续处理和分析。

高分辨宽光谱微型拉曼光谱仪的设计

高分辨宽光谱微型拉曼光谱仪的设计谈梦科;郑海燕;田胜楠;郭汉明【摘要】为了同时满足光谱分辨率、光谱范围、探测器(CCD)上光谱信号覆盖区域要求,提出一种基于Czerny-Turner(CT)结构拉曼光谱仪的综合设计方法,通过Zemax软件采用逐步手动调节光栅倾斜,自动优化聚焦镜、柱面镜以及CCD间倾角和距离的方式,设计出全波段光谱分辨率优于4 cm-1,光谱波数范围为80~3 967 cm-1,光学结构尺寸为90 mm×130 mm×40 mm的微型拉曼光谱仪.%In this paper,to simultaneously meet the requirements of the spectral resolution,spectral range and the spectrum signal coverage area on detector(CCD),we used Zemax to adjust the grating angle gradually and manually,optimize the focusing mirror,the cylindrical lens,the CCD angles and distances between all of them automatically.We proposed a comprehensive design method of Raman spectrometer,which is based on the Czerny-Turner(CT) structure,and successfully designed this micro-Raman spectrometer that owned the full-band spectral resolution better than 4 cm-1,wave number spectral range of 80~3 967 cm-1and the optical structure size of 90 mm×130 mm×40 mm.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2017(039)003【总页数】7页(P75-81)【关键词】拉曼光谱仪;光学设计;Czerny-Turner结构;Zemax【作者】谈梦科;郑海燕;田胜楠;郭汉明【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程院, 上海 200093;上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093;上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093;上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093【正文语种】中文【中图分类】O436光谱仪是进行光谱研究和物质成分分析的仪器,有着广泛的应用[1]。

微型光谱仪分光结构

微型光谱仪分光结构
微型光谱仪是一种能够测量物质光谱特性的仪器，它通常由光源、样品接口、光栅或其他光学元件、光电探测器和数据处理单元
等部分组成。

首先，光源发出光线，经过样品接口进入样品。

样品与光发生
相互作用，吸收或散射部分特定波长的光。

接着，光线通过光栅或
其他光学元件进行分光，将不同波长的光分开，然后被光电探测器
接收。

光电探测器将光信号转换为电信号，经数据处理单元处理和
分析，最终得到样品的光谱特性信息。

在微型光谱仪的分光结构中，光栅起到了关键作用，它能够将
入射光线按照波长进行分离，使得不同波长的光线能够被准确检测
和记录。

此外，光学元件的设计和排列也对光谱仪的性能有着重要
影响，如透镜、光纤等元件的选择和布局都会影响到光路的稳定性
和光谱分辨率。

光电探测器的选择和灵敏度也是影响光谱仪性能的
重要因素之一。

除了硬件部分，数据处理单元也是微型光谱仪分光结构中不可
或缺的一部分。

它能够对从光电探测器得到的信号进行处理和分析，
提取出样品的光谱特性信息，并进行数据的存储和输出。

总的来说，微型光谱仪的分光结构涉及到光源、样品接口、光学元件、光电探测器和数据处理单元等多个方面，它们共同协作完成了光谱测量和分析的任务。

这些部分的设计和性能都会直接影响到光谱仪的灵敏度、分辨率和稳定性。

便携式野外现场近红外地物光谱仪研究与测试

Ｓ／ＮＥＲ＾兰８３４８：１
２０Ｌｓ（Ｓ／ＮＥＲＡ、）＝７８．４ｄＢ
３．２仪器重复性测试
系统开机，连续测量某一矿物五次，时间间隔１０
分钟。测量的光谱图叠加如图４。
五次测量的吸收峰的位置完全一致，软件五次测
ｊ
现代科学仪器２００８２
万方数据
图６不同潮湿度测量的同种样品的曲线
４与国外仪器指标对比
、．
ＺｈｅｎｇＺｈｉｚｈｏｎｇ，ＣｈｅｎＣｈｕｎｘｉａ，ＸｉｕＬｉａｎｃｕｎ（Ｎａ．ｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ．ＴｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＩａｎｄａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
ＡｂｓｔｒａｃｔＰｏｒｔａｂｌｅＮｅａｒＩｎｆｒａｒｅｄＦｉｅｌｄＳｐｅｃｔｒａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｓａｔｏｏｌｆｏｒｆｉｎｅｓｃａｌｅｉｎＨｙｐｅｒ—－ｓｐｅｃｔｒａｌｆｉｅｌｄａｎｄｆｏｒｍｉｎｅｒａｌａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｏｕｔｅｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｓｐｏｒｔａｂｌｅｂｙｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｈａｒｄｗａｒｅ．’ｎｌｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｅ· ｓｃｒｉｂｅｄ．Ｄｅｔａｉｌｅｄｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｓｉｇｎａｌ—ｔｏ—ｎｏｉｓｅ（Ｓ／Ｎ）ａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＰＮＩＲＳｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＳｏｍｅｏｆｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＰＮＩＳＩａｌｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓ／Ｎａｔ７ｎｍｉｓｕｐｔｏ３０００：ｌ，ａｌｓｏＲＭＳｏｆＳ／Ｎｉｓｕｐｔｏ８３４８：１．Ａｃｏｎｔｒａｓｔｗｉｔｈｏｖｅｒｓｅａｓｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｉｓｍａｄｅｂａｓｉｎｇｏｎｔｈｅｆａｃｔｕａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．

基于DMD的小型近红外光谱仪原理及优化分析

第50卷第2期Vol.50No.22021年2月Feb.2021红外与激光工程Infrared and Laser EngineeringPrinciple and optimum analysis of small near-infrared spectrometersbased on digital micromirror deviceLiu Hongming1,3,Liu Yujuan1*,Song Ying1,Zhong Zhicheng1,Kong Lingsheng2,Liu Huaibin2(1.Key Laboratory of Geophysical Exploration Equipment,Ministry of Education,College of Instrumentation&Electrical Engineering,Jilin University,Changchun130021,China;2.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun130012,China;3.Tonghua Normal University,Tonghua134002,China)Abstract:The DMD small near-infrared spectroscopy instrument is widely used in chemical composition analysis and quality inspection for its advantages of fast detection speed,high sensitivity,no damage detection, and miniaturization of portable instruments.However,as the premise of instrument design,optical optimization design of the whole spectral range is the hard work of the system.In this paper,the theoretical design method of the spectroscopic imaging system based on the small near-infrared spectrometer of DMD was studied.The method was designed by using the double-dispensing anti-aberration lens and combining the geometric aberration theory to optimize the design of a small DMD near-infrared spectrometer to reduce the aberration of the entire system.Then,the optical simulation software was used to align the direct imaging system for optical simulation. And ultimately achieve the design simulation requirements.Simulation results indicate that the whole size of the spectrometer is less than150mm"50mm><150mm,and the resolution is better than15nm in the range of 1000・l700nm in the working band.Therefore,the proposed method can meet the design requirements and has broad application prospects in practical applications.Key words:near-infrared spectroscopy instrument;DMD;principle and optimum analysisCLC number:TH74Document code:A DOI:10.3788/IRLA20200427基于DMD的小型近红外光谱仪原理及优化分析刘宏明乜刘玉娟匚宋莹*仲志成*孔令胜2,刘怀宾$(1.吉林大学仪器科学与电气工程学院地球信息探测仪器教育部重点实验室，吉林长春130021；2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130021；3.通化师范学院，吉林通化134002)摘要：数字微镜器件小型近红外光谱仪器具有检测速度快、灵敏度高、无损伤检测、仪器小型化等优点，广泛应用于化学成分分析和质量检测。

便携式光纤拉曼胃癌检测仪的研发和应用

便携式光纤拉曼胃癌检测仪的研发和应用韦仲;毛华;黄富荣;方涛【摘要】目的研发一种便携式光纤拉曼胃癌检测仪,探讨该设备对胃癌检测的可行性.方法便携式光纤拉曼胃癌检测仪的主要组件包括785 nm半导体激光器、光纤探头、微型光谱仪.利用该设备对正常胃粘膜组织和胃癌组织进行拉曼光谱检测,并与共聚焦显微拉曼光谱仪获取的光谱数据进行对比.结果便携式光纤拉曼胃癌检测仪能够采集到完整的正常胃粘膜组织和胃癌组织的光谱,与共聚焦显微拉曼光谱仪获取的光谱相差不大.结论该设备可以完整呈现不同胃黏膜组织的拉曼光谱,可用于胃癌的鉴别,为研制拉曼光谱胃镜提供了理论基础.【期刊名称】《中国医疗设备》【年(卷),期】2019(034)005【总页数】5页(P46-49,53)【关键词】便携式光纤拉曼光谱仪;光纤拉曼探头;激光光源;胃癌【作者】韦仲;毛华;黄富荣;方涛【作者单位】南方医科大学珠江医院消化内科,广东广州 510282;南方医科大学珠江医院消化内科,广东广州 510282;暨南大学光电工程系,广东广州 510632;暨南大学光电工程系,广东广州 510632【正文语种】中文【中图分类】O657;R730.4引言拉曼光谱是一种散射光谱，可以对物质的结构和成分进行定性和定量分析，其检测过程不需要对样品进行特殊预处理，也不会对样品造成损伤，具有操作简便、检测速度快、精确度高、客观性强等优点，在医学诊断中具有较大的应用优势[1-2]。

拉曼光谱用于胃癌的诊断研究已经有十余年，研究对象包括离体胃癌细胞[3]、胃癌组织[4]、胃癌动物模型[5]、胃癌患者的血清[6]等，研究手段包括傅里叶变换拉曼光谱[7]、表面增强拉曼光谱[8]和光纤拉曼光谱[9]等。

上述研究的结果均从不同角度证实了拉曼光谱能够鉴别胃癌，为拉曼光谱技术向临床应用推广奠定了基础。

既往的研究为了获取精确的光谱数据，所使用的拉曼光谱仪均为激光共聚焦显微拉曼光谱仪，具有检测精度高、定位准确、外界声噪小的特点，该类设备体积大、质量重，不能随意移动，价格昂贵，需要定时由专人进行日常维护，需要在暗室环境下进行检测，在临床诊断方面的实用性大打折扣。

微型光纤光谱仪的研制及性能测试

收稿日期:2006-05-24.　基金项目:国家“863”计划项目(2004AA404023);重庆市科委项目(2005CF2002).光电技术应用微型光纤光谱仪的研制及性能测试张　波,温志渝(重庆大学微系统研究中心光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400044)摘　要:　研制了一种微型光纤光谱仪,介绍了其基本原理及结构,用微型光纤光谱仪对汞灯特征谱线进行了实验测试,通过对测试结果的分析得到了该型光谱仪的主要性能参数。

实验表明,该微型光纤光谱仪的波长准确度小于1nm ,在采用芯径为50μm 的多模光纤时,光谱带宽可以达到1.31nm 。

关键词:　分析仪器;光谱分析;光谱中图分类号:TN29　文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2007)01-0147-04Development and Performance T est of a Micro Fiber SpectrometerZHAN G Bo ,WEN Zhi 2yu(K ey Laboratory for Optoelectronic T echnology &Systems of Ministry of Education ,Micro 2System R esearch Center ,Chongqing U niversity ,Chongqing 400044,CHN )Abstract :　A new type of micro fiber spectrometer is int roduced.The basic principle and st ruct ure of t he fiber spectrometer are described.During t he experiment ,Hg lamp is used as light source ,who se spect rum is checked and recorded.After calculation and analysis of t he testing data ,t he main performance indexes of t he fiber spect rometer are identified.From t he testing result ,t he wavelengt h accuracy of t he micro fiber spectrometer is smaller t han 1nm.When t he core diameter of fiber is 50μm ,t he spect rum band widt h can reach 1.31nm.K ey w ords :　analytical inst rument ;spect rum analysis ;spectrum1　引言光谱仪器是光学仪器的重要组成部分。

微型ccd光谱仪在光谱分析中的应用

微型ccd光谱仪在光谱分析中的应用光谱技术是一种研究物质结构、组成和性质的主要方法。

光谱分析主要是以物质发出或吸收光谱信号为基础，依据物质的光谱特征来识别和分析物质的性质，从而实现对物质分子结构和性质的分析研究。

最近，微型CCD光谱仪在光谱分析中发挥着越来越重要的作用。

微型CCD光谱仪是一种小型的光谱检测仪器，它利用挠性光学方法，利用CCD照相机来检测空间和波长分布的光谱信号，可以实现分辨率高、扫描快速、数据量大的测量。

CCD探测器可以探测多种类型的光源的信号，包括它的光谱特性，可以用于实验室、工厂和现场测量。

微型CCD光谱仪在光谱分析中具有广泛的应用，它可以用来检测大气中的粒子和气体，以及温度和压力的测量，以及物质的吸收和发射特性的检测，还可以用来分析和研究土壤、植物和水体中的物质结构和特性。

此外，微型CCD光谱仪还可以用来检测食品和制药行业中的活性物质，以及检测材料分析行业中的有害物质，对了解物质的性质和结构有着不可替代的作用。

微型CCD光谱仪的优势在于其小型化连接、较低成本、高精度和快速响应，可以实现实时光谱分析，可以更快、更精确地进行光谱分析。

它具有能够自动探测光谱信号的能力，并能计算出各种光谱特征指标及其可能的变化，方便对物质的性质的分析。

微型CCD光谱仪的应用还可以拓展到生物医学、环境监测和航空航天等领域。

在生物医学领域，微型CCD光谱仪可以应用于呼吸分析、血液分析以及器官及细胞的分析；在环境监测领域，则可以应用于检测环境中的有毒物质、病毒或者细菌；在航空航天领域，则可以用来检测宇宙射线等物质的性质和分析其组成结构。

从上述分析可以看出，微型CCD光谱仪具有小型化、精确化、耐用性强等优点，在光谱分析领域具有重要的作用，同时还可以拓展到生物医学、环境监测和航空航天等多个领域。

但是，由于其较低的分辨率、探测面积有限、探测能力不足等问题，未来仍需要进一步改进，以更好地适应当今复杂多变的光谱研究分析需求。

小型Offner凸光栅光谱成像系统的结构设计及分析

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收稿日期：００１１；２１－ — 修订日期：００３２０６２１－－３０
，
ｔｅｓｓｅＦｒｈｒｒｔｅａａｙｉｒｓｌｓｆｗｅｇｔｎｄｅｅａｕｅｎｃｔｔａｔｅｈｙｔｍ．ｕｔｅｍｏｅ，ｈｎｌｓｓｅｕｔｏｉｈａｔｍｐｒｔｒｉｄｉａｅｈｔｈＲＭＳ０ｕｆｃｆｓｒａｅｉｅ，ｄｓａｃｓ，ｃｎｒｆｇｌａｅｎｈｅｄｆｅｔｏｆａｇｅｉｖｒｍｐｒａｔｐｎｓａｌｍｅｔｔｅｒ０ｉｅｆｕｒｇｉｔｎｅｅｔｉｕａｘｓａｄｔｅｌｃｉｎｏｎｌｎｅｅｉｏｔｎａｌｙｅｈｅｕｒ．ｍｅｔｆｔｅｓｓｅｔｌｒｎｅＴｈｓｅｕｔａｉａｅｔｅｒｔｎｌｙｏｔｃｕｅｏｏａｔＯｆｎｒｓｅｔａｎｓｏｈｙｔｍｏｅａｃ．ｅｅｒｓｌｓｖｌｔｈａｉａｉｆｓｒｔｒｆｔｃｍｐｃｆｅＤｃｒｌｄｏｔｕｈｅ

光谱仪工作原理+图

海洋光纤光谱特有的信息1。

光谱仪的工作原理CCD探测器型的海洋光学光谱仪的工作原理如动画展示。

光通过光纤有效的耦合到光谱仪中，经球面镜将进入光谱仪中的发散光束会聚准直到衍射光栅上，衍射分光后又经第二面球面镜会聚聚焦，光谱像投射到线性CCD阵列上，数据信号经A/D转换传至计算机上。

光子撞击CCD像素上的光敏二极管后,这些反向偏置的二极管释放出与光通量成比例的电容器，当探测器积分时间结束，一系列开关关闭并传输电荷至移位寄存器中。

当传输完成,开关打开并且与二极管关联的电容器又重新充电开始一个新的积分周期。

同时,光能被累积，通过A/D 转换数据被读出移位寄存器。

数字化的数据最后显示在计算机上。

2.光学分辨率单色光源的光学分辨率以半高全宽值（FWHM）来表征,它依赖于光栅刻槽密度(mm—1)及光学入瞳直径（光纤或狭缝）。

海洋光纤光谱配置客户所要求的系统时，必须平衡两个重要的因素：1) 光栅刻槽密度增加,分辨率增大，但光谱范围及信号强度会减小.2) 狭缝宽度或光纤直径变窄，分辨率增大，但信号强度会减小。

如何估算光学分辨率（nm,FWHM)2。

1。

确定光栅光谱范围，找到光栅的光谱范围通过：选择光栅：“S”光学平台；选择光栅：“HR"光学平台;选择光栅:“NIR”光学平台。

（有想详细了解的，烦请光纤专家予以解释)2。

2. 光栅光谱范围除以探测器像元数,结果为Dispersion。

Dispersion （nm/pixel）= 光谱范围/像元数探测器像元素见图23.像素分辨率下表列出了不同狭缝（或光纤直径）尺寸下的像素分辨率.尽管狭缝入射宽度不同,但高度一致（1000um)。

有想深入了解的版友直接向专家提问。

4.计算光学分辨率（nm)Dispersion （Step 2) x Pixel Resolution (Step 3)举例：确定光学分辨率，光谱仪型号:USB4000，光栅型号：＃3，狭缝宽度：10um 650nm（#3光栅光谱范围）/3648(USB4000探测器像元数）X5。

便携式拉曼光谱仪的光学系统设计与研制

便携式拉曼光谱仪的光学系统设计与研制一、本文概述拉曼光谱学作为一种重要的无损检测技术，已在化学、物理、生物、材料科学等领域展现出广泛的应用前景。

便携式拉曼光谱仪，作为一种新型的、可随身携带的分析工具，其便携性、快速性和准确性使得现场实时分析成为可能，对于现场检测、环境监测、食品安全等领域具有重要的应用价值。

本文旨在探讨便携式拉曼光谱仪的光学系统设计与研制，通过对光学系统的深入研究与优化，以期提升便携式拉曼光谱仪的性能和实用性。

文章首先概述了拉曼光谱学的基本原理和便携式拉曼光谱仪的发展背景，阐述了便携式拉曼光谱仪在各个领域的应用价值。

接着，文章详细分析了便携式拉曼光谱仪光学系统的设计原则和技术要求，包括激光光源的选择、光学元件的匹配、光路的布局与优化等方面。

在研制过程中，我们注重光学系统的紧凑性和稳定性，通过合理的光路设计和精确的元件选型，实现了光学系统的高效、稳定运行。

文章还介绍了便携式拉曼光谱仪的实验验证与性能测试，包括光谱分辨率、信号稳定性、测量速度等关键指标的评价。

实验结果表明，本文设计的便携式拉曼光谱仪光学系统具有良好的性能表现，能够满足现场快速检测的需求。

文章总结了便携式拉曼光谱仪光学系统设计与研制的主要成果和经验，并对未来的发展方向进行了展望。

我们相信，随着光学技术和制造工艺的不断进步，便携式拉曼光谱仪将在更多领域发挥重要作用，为现场检测和实时监测提供有力支持。

二、拉曼光谱仪的基本原理拉曼光谱学是一种散射光谱学，其基本原理基于拉曼散射现象，这是一种非弹性散射过程，涉及到光与物质分子的相互作用。

当入射光照射到物质表面时，大部分光会被反射或折射，但还有一小部分光会与物质分子发生相互作用，导致光子的能量和方向发生改变，这种改变就是拉曼散射。

拉曼散射过程中，光子与物质分子发生能量交换，使得散射光的频率发生变化。

如果散射光的频率小于入射光的频率，那么这个过程被称为斯托克斯拉曼散射；反之，如果散射光的频率大于入射光的频率，那么这个过程被称为反斯托克斯拉曼散射。

基于线阵CCD的小型光谱仪光度特性研究

ＣＣＤｄｅｅｔｒＴｈｅｔｃｏ．ｐｈｏｅｒｃｐｒｏｒａｃｏｆ｛ｅｐｏｔｔｐｗａｔｓｅｉｅｐｅｉｎｔｏｔｍｔｉｅｆｍｎｅｂｒｏｙｅｓｅｔｄｎｘｒｍｅｓ
ａｃｄｎｇｔｈｅｅａｔｎｄｒｎＵＶ／ｓＩｃｏｒｉｏｔｅｒｌｖｎｔｓａａｄｓｉ＼ｉ，Ｒｐｔ０１ｏｍｅｅ．Ｔｈｅｅｕｌｓｓｗ｝ａＮｒｐｌｏｔｔｒｒｓｔｈｏｔ，ｔｔｐｈｏｍｅｒｃｅｒｈｅｏｔｔｉｒｐｏｄｕｉｌｙｃｂｉｉｏｆｈｅｐｅｔｏｅｅｉｂｔｅｔａ－．０ｔｔｓｃｒｍｔｒｓｅｔｒｈｎ．０４ＡｂＩ－ｓ・ａｔｅｎｄｈｐｈｏｏｔｉａｃｒｃｉ ± ０４Ａｂｓ（）１ｔｍｅｒｃｃｕａｙｓ．０（～ｂ．Ｍｏｅｅ，ｔｉｌｅｃｏｓｒｙｉｈｔｓ）ｒｏｖｒｈｅｎｆＨｎｅｆｔａｌｇ，
用线阵ＣＤ作为探测器。该光谱仪光度特性的实验检测结果证明：Ｃ实验样机的光度精密度优于 ±
００ｓ光度准确度为００ｓ０Ａｂ～ｌＡｂ）实验分析了光谱仪的杂散光、．４Ａｂ．．４Ａｂ（ｓｓ。光度噪声和基线平直度等指标对仪器光度准确度的影响最后针对小型光谱仪的特点提出改善其光度特性的
ｓｅｔｏｔｒｗａｎｒｕｅｐｃｒｍｅｅｓｉｔｏｄｃｄ．ｗｈｃｎｃｒｏｒｔ（ｉｈｉｏｐａｅ１ｈ。（ｚｒｙ— 、ｅｎＴｕｒｒｏｐｔｃ１ｓｔｍｒｄａｌｎｅｅｎｅｉａｙｓｅａｔｉａｒ

基于紧凑结构的Czerny-Turner光谱仪的程序化设计方法

基于紧凑结构的Czerny-Turner光谱仪的程序化设计方法引言光谱仪是一种非常重要的仪器，用于分析和测量物质的光谱特性。

Czerny-Turner结构是一种常用的光谱仪结构，它具有紧凑的设计和良好的性能。

在本文中，将介绍基于紧凑结构的Czerny-Turner光谱仪的程序设计方法，以帮助工程师和研究人员设计和优化这种光谱仪。

Czerny-Turner光谱仪由凹面光栅、凹面球镜和平面反射镜组成。

光线首先通过入射狭缝，然后被凹面球镜聚焦到平面反射镜上，反射后再次通过凹面光栅，最终被聚焦到检测器上。

这种结构能够实现紧凑设计和良好的分辨率，因此在光谱分析领域得到了广泛的应用。

1. 确定设计要求在程序化设计Czerny-Turner光谱仪时，首先需要确定设计要求，包括光学分辨率、波长范围、入射角度等参数。

这些参数将直接影响光谱仪的设计和性能。

2. 光学系统设计基于紧凑结构的Czerny-Turner光谱仪的光学系统设计是关键的一步。

需要确定凹面光栅的参数，如刻线密度、凹面半径等，以及凹面球镜和平面反射镜的参数，如焦距、曲率等。

3. 光学模拟和优化利用光学软件进行光学模拟和优化是设计工作的重要部分。

通过光学软件，可以对光学系统进行精确的模拟和分析，优化光学参数，以满足设计要求。

4. 机械结构设计除了光学系统设计外，机械结构设计也是Czerny-Turner光谱仪设计的重要部分。

需要考虑光学元件的安装和调整，以及光谱仪的紧凑设计和稳定性。

光谱仪的控制系统设计也是不可忽视的部分。

需要设计控制软件和硬件，以实现光学系统的自动控制和数据采集。

6. 性能验证和优化完成光谱仪的程序设计后，需要对其性能进行验证和优化。

通过实验测试，可以验证光谱仪的性能是否符合设计要求，并进行调整和优化。

微型近红外光谱仪系统的设计剖析

微型近红外光谱仪系统的设计1微型近红外光谱仪系统相关理论1.1近红外光谱仪系统的工作原理近红外光谱是由于分子振动能级的跃迁（同时伴随转动能级跃迁）而产生的。

近红外分析技术是依据被检测样品中某一化学成分对近红外光谱区的吸收特性而进行定量检测的一种方法，它记录的是分子中单个化学键基频振动的倍频和合频信息，它的光谱是在700--2500 nm范围内分子的吸收辐射。

这与常规的中红外光谱定义一样，吸收辐射导致原子之间的共价键发生膨胀、伸展和振动，中红外吸收光谱中包括有C-H键、C-C键以及分子官能团的吸收带。

然而在NIR 测量中显示的是综合波带与谐波带，它是R-H分子团（R是O、C、N和S）产生的吸收频率谐波，并常常受含氢基团X-H（C-H、N-H、O-H）的倍频和合频的重叠主导，所以在近红外光谱范围内，测量的主要是含氢基团X-H振动的倍频和合频吸收。

图1.1是近红外技术的分析过程图，左侧箭头是建模过程，右侧箭头是检测过程。

1.2近红外光谱仪光学系统基本理论在近红外光谱分析系统中，用于测量近红外光谱的近红外光谱仪是系统的基础，而分光光学系统是光谱仪的核心。

1.2.1色散原理色散系统是光谱分析仪器中的重要组成部分，色散系统的选择与设计直接关系到光谱仪器的性能。

按其工作原理可分为空间色散型和干涉调制型。

空间色散型包括物质色散、多缝衍射和多光束干涉；而调制型主要为傅里叶变换分光、哈达玛变换分光和光栅调制分光等，这里主要介绍衍射色散分光。

在物理光学中，可以把光波看成在空间分布的标量电磁场，由于光波的波动性质，当光波通过具有一定宽度狭缝时，会发生衍射现象。

如果光波同时通过两个相邻的狭缝时，由两狭缝发出的光波将在产生干涉的同时还会受到单缝衍射的调制。

由此类推，对于多缝衍射，可以认为多缝衍射光强是多光束干涉光强被单缝衍射光强调制的结果，这就是衍射光栅的工作原理。

衍射光栅就是利用多缝的干涉衍射效应，对于任何装置，只要它能起到等间隔地分割波阵面的作用，都可以称为衍射光栅。

面向微小型紫外光谱仪的凹面光栅模拟与设计

面向微小型紫外光谱仪的凹面光栅模拟与设计罗彪;温志渝;温中泉;曾甜玲【摘要】Ultraviolet-spectrum technology is a kind of low signal and multianalysis technology. For taking full advantage of spectral information and reducing the volume of spectrometer, we used high efficiency spectroscopy structure based on concave grating. Based on concave grating theory and optic design software ZEMAX, a flat field concave grating for ultraviolet spectro-photometer was designed from primary structure, which relied on global optimization of the software. The contradiction between wide spectrum bound and limited spectrum extension was resolved, aberrations were reduced successfully, spectrum information was utilized fully, and the optic structure of spectrometer was highly efficient For better preference of this spectrophotometer, after get the structure parameter, combine grating fabrication condition with practice working condition, grating diftractive theory, holographic optics theory and software PCGrate was used for diffraction efficiency design and improve. A paradigm of flat field concave grating is given, it works between 190 nm to 410 nm. the diameter of the concave grating is 20 mm, and F/# is 0.21. The design result was analyzed and evaluated It was showed that if the slit source, whose width is 50pm, is used to reconstruction, the theoretic resolution capacity is better than 3 nm.%针对微型紫外光谱仪设计要求,基于凹面光栅理论与方法开展了微小型紫外光谱仪的像差分析,完成平场化凹面光栅的模拟分析与设计,解决了紫外宽光谱与高分辨率问题,同时应用光栅衍射理论、全息光学理论,采用光栅设计软件PCGrate对凹面光栅的衍射效率进行了设计和优化,使所应用级次的光谱衍射效率在整个设计波段内达到最优,实现了微小型紫外光谱仪的平场凹面光栅设计.所设计紫外凹面光栅工作波长范围190～410nm、口径20 mm,F/#=0.21.按照设计参数装调的微型紫外光谱仪在宽度为50μm缝光源再现情况下,光谱分辨率优于3nm,衍射效率无异常出现.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】5页(P1717-1721)【关键词】紫外光谱;衍射效率;凹面光栅;ZEMAX;PCGrate【作者】罗彪;温志渝;温中泉;曾甜玲【作者单位】重庆大学新型微纳器件与系统技术国家重点学科实验室,重庆400044;重庆大学微系统研究中心,重庆400044;重庆大学新型微纳器件与系统技术国家重点学科实验室,重庆400044;重庆大学微系统研究中心,重庆400044;重庆大学新型微纳器件与系统技术国家重点学科实验室,重庆400044;重庆大学微系统研究中心,重庆400044;重庆大学新型微纳器件与系统技术国家重点学科实验室,重庆400044;重庆大学微系统研究中心,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TH744.1近紫外光是指波长约为200～400nm的电磁波［1］。

显微拉曼光谱仪结构和功能

显微拉曼光谱仪结构和功能稿子一嘿，亲爱的小伙伴们！今天咱们来聊聊显微拉曼光谱仪这个神奇的家伙。

先来说说它的结构哈。

这玩意儿就像一个精心设计的小城堡，有好多重要的部分呢。

有光源，就像城堡里的大灯，照亮要检测的东西。

还有光学系统，就像城堡里的通道，让光顺利地跑来跑去。

还有探测器，那可是个厉害的小哨兵，专门捕捉各种光的信息。

再讲讲它的功能，那可真是超级强大！它能帮咱们看清微观世界里那些小小的分子结构，就像有一双超级透视眼。

比如说，在化学领域，能搞清楚各种化合物的成分和特性，这可太厉害了！在材料科学里，能研究材料的质量和性能，看看是不是够结实耐用。

在生物医学方面，还能分析细胞和组织，帮助医生们更好地诊断疾病。

啊，显微拉曼光谱仪就像是一个神奇的魔法盒子，打开它就能发现好多好多微观世界的秘密！是不是很有趣呀？稿子二嗨喽！今天咱们来好好唠唠显微拉曼光谱仪。

你看它的结构，就像一个精密的小机器乐团。

有产生光的部分，那是乐团的指挥，决定着演奏的节奏。

然后是分光系统，就像各种乐器，把光分成不同的音符。

还有成像系统，好比是观众的眼睛，能清晰地看到演奏的画面。

说到功能，那简直让人惊叹！它可以检测各种微小的物质，不管是小小的晶体，还是细微的粉末。

在科研领域，能帮助科学家弄明白新物质的结构，就像解开一个个神秘的密码。

在工业生产中，能把控产品的质量，确保每一个出品都是精品。

而且在珠宝鉴定里也大有用处，能分辨真假宝石，可厉害了！所以呀，显微拉曼光谱仪可真是个了不起的小能手，为我们的生活和科学研究带来了好多便利和惊喜！怎么样，你是不是也觉得它很棒呢？。