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高分辨率罗兰圆光学系统的色差校正方法研究
1
作者
陈吉文
陈作儿
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期2011-2017,共7页
罗兰圆光学系统优点众多,但系统中因平凸透镜的使用,导致各特征波长色散后的成像点在罗兰圆附近产生了一定量的偏移量,使得各波长成像点依次排列在一条曲面上。由于目前新型采集器件线阵CMOS或CCD的使用,而这类传感器的感光面是一个平面...
罗兰圆光学系统优点众多,但系统中因平凸透镜的使用,导致各特征波长色散后的成像点在罗兰圆附近产生了一定量的偏移量,使得各波长成像点依次排列在一条曲面上。由于目前新型采集器件线阵CMOS或CCD的使用,而这类传感器的感光面是一个平面,因此导致结果产生较严重的色差。提出了一种使用加权最小二乘法拟合像面的色差校正方法,并计算出系统像面的中心偏移距和偏移倾斜角这两个校正参数,将其引入原本罗兰圆光学系统进行色差校正,从而确定线阵光电传感器像面的最佳位置,实现高分辨率。此外在真空紫外光谱中C、P和S等元素非常重要,可使用本文提出的基于加权最小二乘法的色差校正方法,通过增加这类元素权值占比,实现最优分辨率。最后通过Zemax软件进行光学仿真,完成了罗兰圆光学系统的仿真以及优化。并给出170~410 nm波段点列图的成像宽度仿真以及各元素特征波长在CMOS传感器上所采集到的光谱图,推算出其实际应用中的分辨率,其照度光谱图显示其分辨率均可保持在0.02 nm,接近系统理论最佳分辨率。研究结果表明基于加权最小二乘法拟合像面的方法,可实现罗兰圆光学系统的色差校正,实现高分辨率。
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关键词
罗兰圆光学系统
平凸透镜
色差校正
高分辨率
加权最小二乘法
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职称材料
一种基于柱面镜聚焦系统的高灵敏度全谱光谱仪
2
作者
陈吉文
陈作儿
赵迎
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
北大核心
2025年第1期222-230,共9页
很多元素的最灵敏谱线主要分布在紫外波段。一些常被作为检测对象的重要元素,例如C、P和S,其谱线甚至位于200 nm以下的真空紫外波段。然而真空紫外波段内的辐射极易受空气吸收而无法在空气中传输。因此为了适用于紫外波段各谱线的检测,...
很多元素的最灵敏谱线主要分布在紫外波段。一些常被作为检测对象的重要元素,例如C、P和S,其谱线甚至位于200 nm以下的真空紫外波段。然而真空紫外波段内的辐射极易受空气吸收而无法在空气中传输。因此为了适用于紫外波段各谱线的检测,常使用光程短、系统精简的罗兰圆光学系统作为光谱仪的色散系统,并且在进行检测分析时,还需对设备腔体内部建立相对真空的环境进行实验,进而减小实验环境对真空紫外波段内各谱线强度的削弱作用。然而即使在该条件下,P和S这两种元素在真空紫外波段的谱线灵敏度仍然较弱。为此为了实现真空紫外波段范围内的高灵敏度,本研究在距离像面前30 mm处位置设计了一个柱面镜聚焦系统。其采用了材料为CaF_(2)、中心厚度为5 mm以及弧矢面曲率半径为22.06 mm的柱面镜作为核心部件。并利用仿真软件Zemax对设计的光学系统进行仿真与优化,以及从非序列模式下的辐射照度仿真结果可知,柱面镜聚焦系统在几乎不影响分辨率的情况下对各波长成像灵敏度有较大的提升。最后以中低合金钢为检测样品,使用电火花激发光源对样品中各元素在紫外波段内的各谱线进行激发,进而验证光谱仪的各项性能:通过一次拟合、参比拟合以及二次拟合,建立每个元素谱峰强度和实际含量之间的数学模型,并算得各元素的拟合优度R^(2)均在0.99以上;柱面镜聚焦系统显著提高了设备在真空紫外波段的灵敏度,响应提高了1倍以上。实验结果表明,柱面镜聚焦系统的设计方法对于提升罗兰圆色散系统的灵敏度具有一定的参考价值。
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关键词
紫外光谱
罗兰圆光学系统
柱面镜
灵敏度
拟合优度
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职称材料
题名
高分辨率罗兰圆光学系统的色差校正方法研究
1
作者
陈吉文
陈作儿
机构
北方工业大学电气与控制工程学院
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第7期2011-2017,共7页
基金
科技部重点研发计划项目(2021YFF0700102)资助。
文摘
罗兰圆光学系统优点众多,但系统中因平凸透镜的使用,导致各特征波长色散后的成像点在罗兰圆附近产生了一定量的偏移量,使得各波长成像点依次排列在一条曲面上。由于目前新型采集器件线阵CMOS或CCD的使用,而这类传感器的感光面是一个平面,因此导致结果产生较严重的色差。提出了一种使用加权最小二乘法拟合像面的色差校正方法,并计算出系统像面的中心偏移距和偏移倾斜角这两个校正参数,将其引入原本罗兰圆光学系统进行色差校正,从而确定线阵光电传感器像面的最佳位置,实现高分辨率。此外在真空紫外光谱中C、P和S等元素非常重要,可使用本文提出的基于加权最小二乘法的色差校正方法,通过增加这类元素权值占比,实现最优分辨率。最后通过Zemax软件进行光学仿真,完成了罗兰圆光学系统的仿真以及优化。并给出170~410 nm波段点列图的成像宽度仿真以及各元素特征波长在CMOS传感器上所采集到的光谱图,推算出其实际应用中的分辨率,其照度光谱图显示其分辨率均可保持在0.02 nm,接近系统理论最佳分辨率。研究结果表明基于加权最小二乘法拟合像面的方法,可实现罗兰圆光学系统的色差校正,实现高分辨率。
关键词
罗兰圆光学系统
平凸透镜
色差校正
高分辨率
加权最小二乘法
Keywords
Roland circle optical system
Planoconvex lens
Chromatic aberration correction
High resolution
Weighted least squares method
分类号
TH744 [机械工程—光学工程]
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职称材料
题名
一种基于柱面镜聚焦系统的高灵敏度全谱光谱仪
2
作者
陈吉文
陈作儿
赵迎
机构
北方工业大学电气与控制工程学院
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
北大核心
2025年第1期222-230,共9页
基金
科技部重点研发计划项目(2021YFF0700102)资助。
文摘
很多元素的最灵敏谱线主要分布在紫外波段。一些常被作为检测对象的重要元素,例如C、P和S,其谱线甚至位于200 nm以下的真空紫外波段。然而真空紫外波段内的辐射极易受空气吸收而无法在空气中传输。因此为了适用于紫外波段各谱线的检测,常使用光程短、系统精简的罗兰圆光学系统作为光谱仪的色散系统,并且在进行检测分析时,还需对设备腔体内部建立相对真空的环境进行实验,进而减小实验环境对真空紫外波段内各谱线强度的削弱作用。然而即使在该条件下,P和S这两种元素在真空紫外波段的谱线灵敏度仍然较弱。为此为了实现真空紫外波段范围内的高灵敏度,本研究在距离像面前30 mm处位置设计了一个柱面镜聚焦系统。其采用了材料为CaF_(2)、中心厚度为5 mm以及弧矢面曲率半径为22.06 mm的柱面镜作为核心部件。并利用仿真软件Zemax对设计的光学系统进行仿真与优化,以及从非序列模式下的辐射照度仿真结果可知,柱面镜聚焦系统在几乎不影响分辨率的情况下对各波长成像灵敏度有较大的提升。最后以中低合金钢为检测样品,使用电火花激发光源对样品中各元素在紫外波段内的各谱线进行激发,进而验证光谱仪的各项性能:通过一次拟合、参比拟合以及二次拟合,建立每个元素谱峰强度和实际含量之间的数学模型,并算得各元素的拟合优度R^(2)均在0.99以上;柱面镜聚焦系统显著提高了设备在真空紫外波段的灵敏度,响应提高了1倍以上。实验结果表明,柱面镜聚焦系统的设计方法对于提升罗兰圆色散系统的灵敏度具有一定的参考价值。
关键词
紫外光谱
罗兰圆光学系统
柱面镜
灵敏度
拟合优度
Keywords
Ultraviolet spectrum
Roland circular optical system
Cylindrical lens
Sensitivity
Goodness of fit
分类号
TH744 [机械工程—光学工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
高分辨率罗兰圆光学系统的色差校正方法研究
陈吉文
陈作儿
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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下载PDF
职称材料
2
一种基于柱面镜聚焦系统的高灵敏度全谱光谱仪
陈吉文
陈作儿
赵迎
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
北大核心
2025
0
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职称材料
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