用于星载甲烷成像光谱仪的高衍射效率棱镜光栅(封面文章·特邀)

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作者 刘全 周能华 +4 位作者 王可欣 陈志伟 杨子江 潘俏 陈新华 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第5期1-7,共7页

棱镜光栅是星载甲烷成像光谱仪的重要分光元件,与传统光栅不同的是,棱镜光栅的槽形是将光栅浸没于高折射率介质中,由于光栅槽形嵌入在高折射率介质中,使得光栅的角色散和分辨率都提高了n倍,其中n是高折射率介质的折射率。相比于传统光栅... 棱镜光栅是星载甲烷成像光谱仪的重要分光元件,与传统光栅不同的是,棱镜光栅的槽形是将光栅浸没于高折射率介质中,由于光栅槽形嵌入在高折射率介质中,使得光栅的角色散和分辨率都提高了n倍,其中n是高折射率介质的折射率。相比于传统光栅,棱镜光栅在同样的光谱分辨率下可以减小光栅的尺寸,实现更加紧凑的光机结构。因此研制棱镜光栅具有重要的意义。针对甲烷的2.3μm波段,分析了棱镜光栅的衍射特性,为了进一步提高系统的结构紧凑性,在石英棱镜光栅中引入高折射率材料TiO_(2)介质膜,对于矩形槽形,占空比在0.3~0.45范围内,TiO_(2)膜层厚度在165~170 nm之间,槽深在800~950 nm之间时,光栅的衍射效率高于70%,TiO_(2)膜层厚度为165 nm,槽深在870~930 nm之间时,衍射效率高于80%。采用全息光刻-离子束刻蚀结合原子层沉积技术,制作了周期为1020 nm、光栅有效面积大于110×275 mm的棱镜光栅。实验测量中,为了消除光源波动的影响,采用了双光路测试法进行衍射效率测量,在2.275~2.325μm波段,一级衍射效率大于70%。 展开更多

关键词 棱镜光栅 全息光刻 离子束刻蚀 衍射效率

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棱镜-光栅-棱镜光谱成像系统的光学设计 被引量：12

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作者 朱善兵 季轶群 +3 位作者 宫广彪 张蕊蕊 沈为民 唐敏学 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期2270-2273,共4页

设计了一种基于棱镜-光栅-棱镜(Prism-Grating-Prism,PGP)分光器件的新型成像光谱仪.论述了此成像光谱仪的工作原理和结构形式,包括PGP、准直物镜和成像物镜的设计要求.PGP元件中采用体积相位全息透射光栅,可以获得高的衍射效率,并且能... 设计了一种基于棱镜-光栅-棱镜(Prism-Grating-Prism,PGP)分光器件的新型成像光谱仪.论述了此成像光谱仪的工作原理和结构形式,包括PGP、准直物镜和成像物镜的设计要求.PGP元件中采用体积相位全息透射光栅,可以获得高的衍射效率,并且能与棱镜较好地胶合.给出了此成像光谱仪的设计结果,其光谱范围为400～800 nm,像元光谱分辨率约1.6 nm,系统长度为85 mm. 展开更多

关键词 棱镜-光栅-棱镜 成像光谱仪 体全息相位光栅 光学设计

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短波红外棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪光学系统设计 被引量：11

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作者 袁立银 何志平 +1 位作者 舒嵘 王建宇 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期831-834,共4页

提出了一种基于棱镜-光栅-棱镜分光器件的短波红外成像光谱仪光学系统,该系统由离轴三反射式望远物镜、准直镜、棱镜-光栅-棱镜和会聚镜组成,光谱覆盖950~2500 nm,空间视场达到22.5°.在实现宽视场、宽波段设计的同时,优化设计了棱... 提出了一种基于棱镜-光栅-棱镜分光器件的短波红外成像光谱仪光学系统,该系统由离轴三反射式望远物镜、准直镜、棱镜-光栅-棱镜和会聚镜组成,光谱覆盖950~2500 nm,空间视场达到22.5°.在实现宽视场、宽波段设计的同时,优化设计了棱镜-光栅-棱镜分光器件的各个参量.通过偏斜会聚镜光轴和棱镜-光栅-棱镜光轴在光谱维的角度,可以良好地校正色畸变keystone和谱线弯曲smile,将二者控制在5μm以下,使得成像光谱仪获取的光谱信息更为准确. 展开更多

关键词 光学设计 成像光谱仪 离轴三反射镜 棱镜-光栅-棱镜器件

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棱镜-光栅-棱镜分光模块整体化设计及衍射特性分析 被引量：5

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作者 何天博 巴音贺希格 +2 位作者 李文昊 孔鹏 唐玉国 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期279-284,共6页

PGP模块是超光谱成像仪中重要分光器件。为了能够在制作前有效预测PGP整个系统的衍射效率分布及其衍射特性,提出了PGP整体化设计方法。从体位相全息光栅设计角度出发,结合棱镜与光栅各项参数的制约关系,编制了计算PGP整体衍射效率的分... PGP模块是超光谱成像仪中重要分光器件。为了能够在制作前有效预测PGP整个系统的衍射效率分布及其衍射特性,提出了PGP整体化设计方法。从体位相全息光栅设计角度出发,结合棱镜与光栅各项参数的制约关系,编制了计算PGP整体衍射效率的分析软件,综合考察了棱镜与光栅各项参数对PGP模块衍射特性的影响,讨论了光栅布拉格波长的漂移特性,据此设计了一种用于成像光谱仪的宽波段高衍射效率PGP分光模块。模拟结果表明:棱镜1材料的色散系数越小,PGP的光谱带宽越窄;光栅布拉格波长的漂移增大了PGP模块和光栅的光谱带宽,带宽增大使光栅的角度选择性随之增大,拓宽了棱镜1材料的选择要求;棱镜1顶角、光栅的胶层厚度和相对介电常数调制度等参数是影响PGP衍射效率分布的重要因素,制作时需要精确控制。利用此方法设计的PGP分光模块在400～1 000nm波段范围内衍射效率不低于50%,并给出具体设计参数,这对PGP制作具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 棱镜-光栅-棱镜 整体化设计 体位相全息光栅 衍射特性 角度选择性

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基于棱镜反射光栅的低串扰自由立体投影显示方法 被引量：3

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作者 谭艾英 尹韶云 +3 位作者 夏厚胤 江海波 陈建军 杨若夫 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期477-482,共6页

为解决传统柱透镜自由立体投影显示中像差和视几何引起的串扰和视点数受限问题,基于回归反射,提出了一种棱镜反射光栅自由立体投影显示方法。通过分析其3D成像的原理,对棱镜反射光栅自由立体投影显示进行仿真,发现该方法在水平视宽相同... 为解决传统柱透镜自由立体投影显示中像差和视几何引起的串扰和视点数受限问题,基于回归反射,提出了一种棱镜反射光栅自由立体投影显示方法。通过分析其3D成像的原理,对棱镜反射光栅自由立体投影显示进行仿真,发现该方法在水平视宽相同的条件下,视场照度是柱透镜光栅投影的10倍,而其串扰比是柱透镜光栅投影的1/5,且不存在次视区。制作了棱镜反射光栅屏,并搭建系统进行实验,验证了棱镜反射光栅自由立体投影显示方案的可行性。 展开更多

关键词 自由立体投影 棱镜反射光栅 低串扰3D 多视点

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用于肿瘤手术在线诊断的成像光谱仪的研制 被引量：10

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作者 崔继承 唐玉国 +2 位作者 撖芃芃 潘明忠 张金男 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期3043-3049,共7页

利用成像光谱仪图谱合一的特性,研制了一台用于临床诊断及术中导航定位的棱镜-光栅-棱镜式小型医用成像光谱仪。介绍了该成像光谱仪的设计原理,根据应用需求对其光学系统进行了分析,测试了光谱分辨率、谱线弯曲、色畸变等重要光学参数... 利用成像光谱仪图谱合一的特性,研制了一台用于临床诊断及术中导航定位的棱镜-光栅-棱镜式小型医用成像光谱仪。介绍了该成像光谱仪的设计原理,根据应用需求对其光学系统进行了分析,测试了光谱分辨率、谱线弯曲、色畸变等重要光学参数。结果显示,该光谱仪的实际光谱分辨率优于5nm,满足应用需求。将该仪器与手术显微镜集成,进行了大鼠脑肿瘤在线诊断,获取了大鼠脑部胶质肿瘤的成像光谱数据。通过光谱数据分析,实现了脑肿瘤位置与大小的准确判断。该仪器具有光谱分辨率高、体积小、与手术显微镜有通用接口、可在手术中进行在线诊断等优点。 展开更多

关键词 成像光谱仪 棱镜-光栅-棱镜 肿瘤 临床诊断

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可见近红外波段无人机载成像光谱仪设计 被引量：9

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作者 罗刚银 王弼陡 +1 位作者 陈玉琦 赵义龙 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期59-68,共10页

为了满足地物成像光谱分析的需要,设计了同轴安装、体积小、重量轻的适用于无人机载的棱镜-光栅-棱镜型可见近红外成像光谱仪.通过角放大率选择、光焦度分配、相对孔径计算设计了视场较大的前置物镜;通过光栅方程求解、体相位全息光栅... 为了满足地物成像光谱分析的需要,设计了同轴安装、体积小、重量轻的适用于无人机载的棱镜-光栅-棱镜型可见近红外成像光谱仪.通过角放大率选择、光焦度分配、相对孔径计算设计了视场较大的前置物镜;通过光栅方程求解、体相位全息光栅布拉格条件约束、棱镜折射定律设计了光谱系统的初始结构;通过工作光谱上下限出射角与探测器光谱维宽度的关系确定了成像物镜的焦距;通过出射光角度明确了出射光谱的非线性.设计的无人机载成像光谱仪工作光谱范围为400~1 000nm,视场角为40°,全工作波段在空间截止频率20.8lp/mm处的传递函数值均大于0.67,光谱分辨率小于3nm.装调了无人机载成像光谱仪对室外绿化树木进行光谱推扫成像实验,实现了树叶的多光谱成像.该成像光谱仪能够有效实现光谱成像,性能良好. 展开更多

关键词 光学设计 可见近红外 前置物镜 棱镜-光栅-棱镜 成像光谱仪

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双通道成像光谱仪共用离轴三反射光学系统的设计 被引量：11

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作者 姚波 袁立银 +1 位作者 亓洪兴 舒嵘 《红外技术》 CSCD 北大核心 2013年第7期419-424,共6页

提出了一种双通道共用一个主光学的推帚式高光谱成像仪光学系统,该系统由离轴三反射主光学系统、狭缝、准直镜及分色镜、可见近红外光谱仪后光学和短波红外光谱仪后光学组成,设计中采用双通道共用离轴三反射主光学系统,不仅满足了成像... 提出了一种双通道共用一个主光学的推帚式高光谱成像仪光学系统,该系统由离轴三反射主光学系统、狭缝、准直镜及分色镜、可见近红外光谱仪后光学和短波红外光谱仪后光学组成,设计中采用双通道共用离轴三反射主光学系统,不仅满足了成像仪大视场、宽谱段的要求,而且提高了系统的光学效率,使系统结构更加紧凑,双通道光谱仪均采用棱镜-全息透射光栅-棱镜分光组件分光,实现了宽光谱分光,提高了衍射效率,系统实现光谱范围覆盖450～2500nm,全视场达23.9°。 展开更多

关键词 光学系统设计 双通道成像光谱仪 离轴三反射 棱镜-全息透射光栅-棱镜

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校谱线弯曲的共轴PGP成像光谱仪光学系统设计 被引量：2

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作者 樊星皓 刘春雨 +3 位作者 徐明林 刘帅 赵英明 崔亚珍 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期179-194,共16页

针对共轴棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪的谱线弯曲难以校正的问题,提出了使用弯曲狭缝配合准直镜、聚焦镜畸变校正谱线弯曲的方法。该方法在保留棱镜-光栅-棱镜高衍射效率和光路共轴等优点的基础上,能够校正仪器的谱线弯曲和光谱弯曲。为了... 针对共轴棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪的谱线弯曲难以校正的问题,提出了使用弯曲狭缝配合准直镜、聚焦镜畸变校正谱线弯曲的方法。该方法在保留棱镜-光栅-棱镜高衍射效率和光路共轴等优点的基础上,能够校正仪器的谱线弯曲和光谱弯曲。为了提高该方法的通用性,考虑狭缝、镜头畸变、光栅、棱镜等参数,建立棱镜-光栅-棱镜矢量色散模型,给出校正光谱弯曲和谱线弯曲的目标函数,并利用遗传算法对目标函数进行优化,快速计算不同狭缝长度时狭缝形状和镜头参数的最佳组合。用该方法的计算结果设计了一个狭缝长度为22 mm,工作波段为400~800 nm,光谱分辨率为2 nm,F数为3.5的弯曲狭缝PGP成像光谱仪光学系统,该系统谱线弯曲小于1μm,光谱弯曲小于0.7μm,且满足成像质量要求。设计结果表明,用弯曲狭缝配合准直镜、聚焦镜畸变的方法能够有效校正谱线弯曲。 展开更多

关键词 光谱学 校谱线弯曲 弯曲狭缝 棱镜-光栅-棱镜 成像光谱仪 遗传算法

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U-3400分光光度计在教学实验中的常见问题与解决方法 被引量：2

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作者 潘铃 郭宏 +2 位作者 朱昊 周锴 毛献辉 《实验技术与管理》 CAS 2005年第3期34-36,共3页

本文以U-3400分光光度计为例介绍了分光光度计的工作原理,对在教学实验中的常见问题及其解决方法进行了探讨,目的在于加深学生对分光光度计工作原理的认识和提高学生对仪器的使用技能.

关键词 光谱 分光光度计 棱镜/光栅 基线

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消谱线弯曲PGP型成像光谱仪系统设计 被引量：8

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作者 武志昆 石恩涛 王咏梅 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期173-178,共6页

针对棱镜-光栅-棱镜(PGP)型成像光谱仪谱线弯曲(Smile)难校正的问题,提出了一种利用狭缝离轴和减小第一块棱镜顶角,再结合会聚镜畸变校正PGP型光谱仪谱线弯曲的方法。该方法在保留了PGP型光谱仪的布拉格(Bragg)衍射和系统共轴等优点的... 针对棱镜-光栅-棱镜(PGP)型成像光谱仪谱线弯曲(Smile)难校正的问题,提出了一种利用狭缝离轴和减小第一块棱镜顶角,再结合会聚镜畸变校正PGP型光谱仪谱线弯曲的方法。该方法在保留了PGP型光谱仪的布拉格(Bragg)衍射和系统共轴等优点的基础上,校正了光谱仪的谱线弯曲和色畸变(Keystone)。在相同的技术指标下,对传统型和改进型PGP模型做了谱线弯曲对比。为了验证该方法的可行性,设计了一款光谱分辨率为2.8 nm的光谱仪,点列图均方根(RMS)半径小于8μm,满足成像质量要求,Smile为1.50μm、Keystone为3.52μm,均小于0.2倍像素。设计结果表明,通过减小棱镜顶角校正中心波长的Smile,利用狭缝离轴实现光谱仪系统共轴,利用会聚镜畸变校正剩余波长的Smile可以有效校正PGP型光谱仪的谱线弯曲。 展开更多

关键词 光学设计 成像光谱仪 棱镜-光栅-棱镜 Bragg衍射 谱线弯曲

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