阿达玛光谱仪的入射狭缝选择方法研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微 狭缝 尺 寸示 意 图如 图 １ 示 ， 中 狭 缝 尺 寸 是 指 最 小 所 其
单元 的长度 乘以宽度 ， 单元边距是指相邻 两列的邻近边 的距 离 与相邻 两行邻 近边 的距离 （ 列边距一行边距 ） 。图 ２为显 微 镜下 的微硅片狭缝实物图片 ， 大了 １０倍 。 放 ０
但是 ， 多狭缝结构参数应如何进行 选择 ，目前却 缺少 可 靠 的依据 ， 需要一种方法来指导多狭缝 参数设 计 。 文以光 本 通量为考察对象 ， 对多狭缝结构参数设 计进行 分析 。以衍射
第３卷， ９ ０ 第 期
２０ ｌ０年 ９ 月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ
Ｖ １３ ， ． ，ｐ ５ １２ ８ ｏ ． ０ Ｎｏ ９ ｐ ２ ８ ５ ５ Ｓ ｐｅ ｂ ｒ ０ ０ ｅ ｔｍ ｅ ，２ １
目前 微小 型光谱仪入射狭缝形式大 多数 采用单狭缝 ， 在 化学分析 、医学分析 等对 光谱 仪分辨率 高要求 的情 况下 ，通
常采 用 减 小 入 射 狭 缝 尺 寸 手 段 来 实 现 。 必 然 导 致 光 通 量 严 这
寸及阵列阶数这 ３ 个参数 对光通量 的影 响规律 ，为阿达玛光 谱仪的入射狭缝类型的选择与设计 提供 了依据 。
１ ０ ３ ３０３
摘
要
为 了确Hale Waihona Puke Baidu光谱仪 的入射多狭缝结构设计 的可靠依 据 ， 研究 了 ４种阿达玛 Ｓ型狭缝 阵列发 生衍射后
的光强分布 。采用 ＭＥ ＭＳ加工技术制作出最小狭缝 单元为 ６ ｍ×６ ｍ 的一体式 微硅片 阿达玛狭缝 阵列 ，
对３ ｓ 种 ７型狭缝和一种 Ｓ ５型狭缝进行 比较 。 １ 首先利用 阿达玛矩阵构造狭缝阵列 的孔径函数 ， 到 了衍射 得 后 的光强分布 函数 ； 然后运用 Ｍａｌ ｔ ｂ软件对光强分布函数仿真 ， 得 了各种狭缝衍 射后的光强分 布图及光 ａ 获 通量对 比。 搭建 了试验装 置进行验证 ，试验表明实际衍 射光强分 布及 光通 量问的比值都与仿真结果相符 。 最 后分析 了狭缝结构参数对光强分布的影响 ， 总结 了 Ｓ型狭缝阵列衍射规律 。 所提 出的衍射光强分布方 法 ， 为 光谱仪 中入射狭缝的选择与设计提供了理论依据 ， 为实际应用提供 了有价值的参考。 关键词 阿达玛光谱仪 ； 微硅片狭缝阵列 ； 光通量 ； 阿达玛 ｓ型阵列
１ 阿达玛 Ｓ型微硅 片阵列狭缝
按 照 Ｓ型 矩 阵 的 排 列
一
重下 降，对微弱信号的分析极其 不利 。大多数光 栅光谱仪 不 得不在光通量与分辨率之间进行折衷ｌ 。为了实现多狭缝 阵 １ ］ 列结构 ，目前经 常利用双层薄膜硅 片叠加 的方法 ，比如采用
压 电驱 动 加 放 大 机 构 的 方 式来 实 现 驱 动 ， 次平 移 一 个 狭 缝 每 距离 。 种方法对两层 狭缝 阵列 的对准工 艺要求 非常苛 刻 ， 这 并 且 驱 动 结 构 复 杂 、精 度 有 限 ，同 时 由 于 移 动 距 离 有 限 ，限
Ｄ ：１． ９ ４ ｉ ｎ １０ —５ ３２ １ ）９２ ８ —５ ＯＩ ０ ３ ６￣．ｓ ． ０ ００ ９ （００ ０ —５ １０ ｓ
中图 分 类 号 ： ＴＨ７ ４ １ ０２ ３ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ ４． ； ３．
比较 ，通过 仿真与实验验证发现 了多狭缝单 元边距 、单元尺
引 言
阿 达 玛 光 谱 仪 的入 射 狭 缝 选 择 方 法 研 究
范 玉 ，吴 一辉 ，宣 明 ，张 平 ，周 连 群 ，刘 永 顺
ｌ Ｊ中国科学院长舂光学精密机械与物理研究所 ， 应用光学国家重点实验室 ，吉林 长春
２ ．中国 科 学 院研 究 生 院 ，北 京 １ ０４ ００ ９
理论为基础 ， 对四种阿达玛 Ｓ型微硅片狭缝阵列进行 光通量
收稿 日期 ：２ ０一 １２ ，修 订 日期 ：２ １—２２ ０ ９Ｉ ３ ０ ００—２
本文 的微狭缝 阵列 以硅片为 原料 ，通过 使用 ＭＥ ＭＳ加
工技术得到 了微狭缝阵列 ， 工技术工艺稳 定 。仪器性能得 加 到 了很 大 的 改善 ， 本 却未 增 加 多少 ， 高 了仪 器 的性 价 成 提
基金项 目：国家 （６ ８ ３计划） 目（０ ７ 项 ２０ ＡＡ０ ２ ０ ） ４ １２ ，国家（６ Ｂ计划） 目（ ０ ６ ＡＯ Ｚ ６ ） １ ８３ 项 ２ ０ Ａ ４ ３ ７ ￥ 吉林 省科技发展技术项 目（ ０ ６ ３ ５资助 １ ２００３） 作者简介 ：范 玉 ，女，１７ ９ ９年生 ，中国科学院长春光学精密机 械与物理研究所博士 ｅｍａｌ ｆｎ ｕ ２ ＠１６ ｃｒ － ｉ： ａ ｙ １ ６ ２．ｏ ｎ
２ ８ ５２
光谱学 与光谱分析
第３ ０卷
Ｚ
● ■■■■■■ ■■■■＿
■■■ —■ ———■ 一
ａ
Ｉ■— ———— －
囊
＿ ■ ■ ■ ■ 一－ ■ ■ ■ ■ ■
展 ］ 。
ＭＥ ＭＳ技术 的发 展使 光谱 仪各 项性 能 不断 完善 ，正 广 泛应用 到各个 领域ｌ 。本文利 用 ＭＥ ６ Ｊ ＭＳ工艺 制作 出的全 固
态阿达 玛狭缝阵列 ，最小狭缝单元 为 ６ ｍ， 完全能克服上述 缺点 ，因为全周态 的阿达玛光谱仪仅仅用一 次采 集就可 以实 现 阵列 的变换 。克服 １ 广 大多数光栅光谱仪的缺陷 。
， 文 制 作 了 ３种 Ｓ 本 ７型狭 缝 和
种 Ｓ ５型狭缝 进行 比较 ，如表 ｌ所示 。 １
Ｔ ｂ ｅ １ Ｓ ｓｉ ｈ ｔ ａ ｅ ｂ ｅ ｒ ｄ ｃ ｄ ｕ ｉ：ｐ ） ａ ｌ ｌ ｓ ｔ ａ ｖ ｅ ｎ ｐ ｏ ｕ ｅ （ ｎ ｔ ｍ ｔ ｈ
制 了狭缝 的个 数 ，种 种不 利 都 限制 了阿 达 玛 光 谱 仪 的 发
单元 的长度 乘以宽度 ， 单元边距是指相邻 两列的邻近边 的距 离 与相邻 两行邻 近边 的距离 （ 列边距一行边距 ） 。图 ２为显 微 镜下 的微硅片狭缝实物图片 ， 大了 １０倍 。 放 ０
但是 ， 多狭缝结构参数应如何进行 选择 ，目前却 缺少 可 靠 的依据 ， 需要一种方法来指导多狭缝 参数设 计 。 文以光 本 通量为考察对象 ， 对多狭缝结构参数设 计进行 分析 。以衍射
第３卷， ９ ０ 第 期
２０ ｌ０年 ９ 月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ
Ｖ １３ ， ． ，ｐ ５ １２ ８ ｏ ． ０ Ｎｏ ９ ｐ ２ ８ ５ ５ Ｓ ｐｅ ｂ ｒ ０ ０ ｅ ｔｍ ｅ ，２ １
目前 微小 型光谱仪入射狭缝形式大 多数 采用单狭缝 ， 在 化学分析 、医学分析 等对 光谱 仪分辨率 高要求 的情 况下 ，通
常采 用 减 小 入 射 狭 缝 尺 寸 手 段 来 实 现 。 必 然 导 致 光 通 量 严 这
寸及阵列阶数这 ３ 个参数 对光通量 的影 响规律 ，为阿达玛光 谱仪的入射狭缝类型的选择与设计 提供 了依据 。
１ ０ ３ ３０３
摘
要
为 了确Hale Waihona Puke Baidu光谱仪 的入射多狭缝结构设计 的可靠依 据 ， 研究 了 ４种阿达玛 Ｓ型狭缝 阵列发 生衍射后
的光强分布 。采用 ＭＥ ＭＳ加工技术制作出最小狭缝 单元为 ６ ｍ×６ ｍ 的一体式 微硅片 阿达玛狭缝 阵列 ，
对３ ｓ 种 ７型狭缝和一种 Ｓ ５型狭缝进行 比较 。 １ 首先利用 阿达玛矩阵构造狭缝阵列 的孔径函数 ， 到 了衍射 得 后 的光强分布 函数 ； 然后运用 Ｍａｌ ｔ ｂ软件对光强分布函数仿真 ， 得 了各种狭缝衍 射后的光强分 布图及光 ａ 获 通量对 比。 搭建 了试验装 置进行验证 ，试验表明实际衍 射光强分 布及 光通 量问的比值都与仿真结果相符 。 最 后分析 了狭缝结构参数对光强分布的影响 ， 总结 了 Ｓ型狭缝阵列衍射规律 。 所提 出的衍射光强分布方 法 ， 为 光谱仪 中入射狭缝的选择与设计提供了理论依据 ， 为实际应用提供 了有价值的参考。 关键词 阿达玛光谱仪 ； 微硅片狭缝阵列 ； 光通量 ； 阿达玛 ｓ型阵列
１ 阿达玛 Ｓ型微硅 片阵列狭缝
按 照 Ｓ型 矩 阵 的 排 列
一
重下 降，对微弱信号的分析极其 不利 。大多数光 栅光谱仪 不 得不在光通量与分辨率之间进行折衷ｌ 。为了实现多狭缝 阵 １ ］ 列结构 ，目前经 常利用双层薄膜硅 片叠加 的方法 ，比如采用
压 电驱 动 加 放 大 机 构 的 方 式来 实 现 驱 动 ， 次平 移 一 个 狭 缝 每 距离 。 种方法对两层 狭缝 阵列 的对准工 艺要求 非常苛 刻 ， 这 并 且 驱 动 结 构 复 杂 、精 度 有 限 ，同 时 由 于 移 动 距 离 有 限 ，限
Ｄ ：１． ９ ４ ｉ ｎ １０ —５ ３２ １ ）９２ ８ —５ ＯＩ ０ ３ ６￣．ｓ ． ０ ００ ９ （００ ０ —５ １０ ｓ
中图 分 类 号 ： ＴＨ７ ４ １ ０２ ３ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ ４． ； ３．
比较 ，通过 仿真与实验验证发现 了多狭缝单 元边距 、单元尺
引 言
阿 达 玛 光 谱 仪 的入 射 狭 缝 选 择 方 法 研 究
范 玉 ，吴 一辉 ，宣 明 ，张 平 ，周 连 群 ，刘 永 顺
ｌ Ｊ中国科学院长舂光学精密机械与物理研究所 ， 应用光学国家重点实验室 ，吉林 长春
２ ．中国 科 学 院研 究 生 院 ，北 京 １ ０４ ００ ９
理论为基础 ， 对四种阿达玛 Ｓ型微硅片狭缝阵列进行 光通量
收稿 日期 ：２ ０一 １２ ，修 订 日期 ：２ １—２２ ０ ９Ｉ ３ ０ ００—２
本文 的微狭缝 阵列 以硅片为 原料 ，通过 使用 ＭＥ ＭＳ加
工技术得到 了微狭缝阵列 ， 工技术工艺稳 定 。仪器性能得 加 到 了很 大 的 改善 ， 本 却未 增 加 多少 ， 高 了仪 器 的性 价 成 提
基金项 目：国家 （６ ８ ３计划） 目（０ ７ 项 ２０ ＡＡ０ ２ ０ ） ４ １２ ，国家（６ Ｂ计划） 目（ ０ ６ ＡＯ Ｚ ６ ） １ ８３ 项 ２ ０ Ａ ４ ３ ７ ￥ 吉林 省科技发展技术项 目（ ０ ６ ３ ５资助 １ ２００３） 作者简介 ：范 玉 ，女，１７ ９ ９年生 ，中国科学院长春光学精密机 械与物理研究所博士 ｅｍａｌ ｆｎ ｕ ２ ＠１６ ｃｒ － ｉ： ａ ｙ １ ６ ２．ｏ ｎ
２ ８ ５２
光谱学 与光谱分析
第３ ０卷
Ｚ
● ■■■■■■ ■■■■＿
■■■ —■ ———■ 一
ａ
Ｉ■— ———— －
囊
＿ ■ ■ ■ ■ 一－ ■ ■ ■ ■ ■
展 ］ 。
ＭＥ ＭＳ技术 的发 展使 光谱 仪各 项性 能 不断 完善 ，正 广 泛应用 到各个 领域ｌ 。本文利 用 ＭＥ ６ Ｊ ＭＳ工艺 制作 出的全 固
态阿达 玛狭缝阵列 ，最小狭缝单元 为 ６ ｍ， 完全能克服上述 缺点 ，因为全周态 的阿达玛光谱仪仅仅用一 次采 集就可 以实 现 阵列 的变换 。克服 １ 广 大多数光栅光谱仪的缺陷 。
， 文 制 作 了 ３种 Ｓ 本 ７型狭 缝 和
种 Ｓ ５型狭缝 进行 比较 ，如表 ｌ所示 。 １
Ｔ ｂ ｅ １ Ｓ ｓｉ ｈ ｔ ａ ｅ ｂ ｅ ｒ ｄ ｃ ｄ ｕ ｉ：ｐ ） ａ ｌ ｌ ｓ ｔ ａ ｖ ｅ ｎ ｐ ｏ ｕ ｅ （ ｎ ｔ ｍ ｔ ｈ
制 了狭缝 的个 数 ，种 种不 利 都 限制 了阿 达 玛 光 谱 仪 的 发