光譜儀設(shè)計(jì)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-26
光譜儀設(shè)計(jì)的實(shí)例教程
使用移動(dòng)式光譜儀時(shí)，對(duì)環(huán)境有一定要求。不要在潮濕的環(huán)境中工作。環(huán)境濕度在0-95%之間。不能在太高的溫度下操作。這樣做的原因是為了避免各種磁場(chǎng)干擾，以便儀器在分析時(shí)可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行檢測(cè)。因此，每個(gè)人在工作時(shí)都要注意環(huán)境的適應(yīng)性。在許多情況下，非標(biāo)準(zhǔn)儀器檢測(cè)仍然與環(huán)境有很大關(guān)系。那么，下面跟大家分享分享使用移動(dòng)式光譜儀的心得。
對(duì)于儀器儀表行業(yè)，相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際的技術(shù)水平已成為客戶的核心論點(diǎn)。技術(shù)密集型和高產(chǎn)出的產(chǎn)品類型也使自己的價(jià)值更好。這種設(shè)備具有自己的檢測(cè)速度和集成功能，也滿足我們的客戶對(duì)該移動(dòng)式光譜儀設(shè)備操作的需求，并且隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提高，這種移動(dòng)式光譜儀逐漸呈現(xiàn)出以下趨勢(shì)：
一、小型化的趨勢(shì)
近年來(lái)，精密部件內(nèi)部傳感器的小型裝置實(shí)現(xiàn)了更加緊湊的設(shè)計(jì)。在廣受好評(píng)的光譜儀設(shè)計(jì)中使用這些組件可以實(shí)現(xiàn)集中化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而使該光譜儀設(shè)備更加簡(jiǎn)單。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果簡(jiǎn)單，并且其自身的傳感設(shè)備和緊湊的光纖探頭減小了該光譜儀的尺寸。這種小型化的趨勢(shì)使該光譜儀能夠穩(wěn)定地應(yīng)用于更多領(lǐng)域，甚至在室外環(huán)境下也能發(fā)揮該光譜儀設(shè)備的穩(wěn)定測(cè)量效果。
二、功能變化呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)
只有具有更好的功能設(shè)計(jì)，才必須具有可靠的傳輸能力和更穩(wěn)定的信息提供能力，而中國(guó)經(jīng)驗(yàn)豐富的便攜式光譜儀設(shè)計(jì)人員會(huì)通過(guò)波長(zhǎng)和衰減分布等各種技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而使該光譜儀的設(shè)計(jì)能夠有序地排列復(fù)合傳感器陣列被實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的產(chǎn)品應(yīng)用可以使該移動(dòng)式光譜儀的測(cè)量效果更好地實(shí)現(xiàn)，并且可以有效地應(yīng)用在一些狹小空間和復(fù)雜的環(huán)境中，并且該設(shè)備的穩(wěn)定功能改善了該光譜儀的性能。
綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)，便攜式光譜儀裝置在微處理模式下的應(yīng)用效果更好，相應(yīng)的智能化趨勢(shì)和功能設(shè)計(jì)也提高了移動(dòng)式光譜儀的應(yīng)用前景。因此，該光譜儀在不同環(huán)境中的應(yīng)用提高了其應(yīng)用效果。
展開(kāi) 引言
成像光譜儀作為集“光譜分析”與“空間成像”于一體的先進(jìn)光學(xué)設(shè)備，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、空間遙感等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。其通過(guò)對(duì)目標(biāo)物質(zhì)光譜與空間信息的聯(lián)合分析，能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)的“定性”“定量”和“定位”探測(cè)，為科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用提供高效、精確的信息。
傳統(tǒng)Czerny-Turner（C-T）型光譜儀因色散均勻、工藝成熟，長(zhǎng)期占據(jù)主流市場(chǎng)，但球面反射鏡的固有缺陷使其難以校正全波段像差，性能提升受限。近日，華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室謝微團(tuán)隊(duì)[1]提出基于自由曲面反射鏡的高分辨率成像光譜儀設(shè)計(jì)方法，通過(guò)“離軸拋物面分段拼接+Zernike多項(xiàng)式擬合”的創(chuàng)新路徑，通過(guò)Zemax仿真優(yōu)化，成功實(shí)現(xiàn)全波段全視場(chǎng)像差校正，其光譜分辨率達(dá)0.015nm，優(yōu)于市面同類型商用產(chǎn)品，為高分辨率成像光譜儀的設(shè)計(jì)提供了全新思路。
子鏡的構(gòu)建到曲面融合
要實(shí)現(xiàn)自由曲面對(duì)C-T型光譜儀的性能升級(jí)，關(guān)鍵在于構(gòu)建合理的初始結(jié)構(gòu)——團(tuán)隊(duì)以C-T光路為基礎(chǔ)，通過(guò)“子鏡參數(shù)計(jì)算”與“分段拼接擬合”兩大步驟，突破了傳統(tǒng)自由曲面設(shè)計(jì)的計(jì)算壁壘。
1.1 C-T光路結(jié)構(gòu)
C-T型光路的核心組成的為“入射狹縫-準(zhǔn)直鏡-光柵-聚焦鏡-探測(cè)器”，如圖1所示：光線經(jīng)狹縫進(jìn)入系統(tǒng)后，由準(zhǔn)直鏡將發(fā)散光束轉(zhuǎn)化為平行光；光柵對(duì)平行光進(jìn)行光譜分光，使不同波長(zhǎng)光線以不同角度衍射；最終，聚焦鏡將衍射光匯聚至探測(cè)器對(duì)應(yīng)位置，完成光譜信息記錄。
圖1 C-T型光路結(jié)構(gòu)示意圖
該團(tuán)隊(duì)在保留這一經(jīng)典框架的同時(shí)，針對(duì)“像差校正”這一核心痛點(diǎn)，提出將“準(zhǔn)直鏡與聚焦鏡”替換為自由曲面反射鏡——其中，聚焦鏡通過(guò)“分段拼接離軸拋物面”生成，準(zhǔn)直鏡則通過(guò)Zernike多項(xiàng)式直接優(yōu)化，從結(jié)構(gòu)源頭解決全波段像差問(wèn)題。
展開(kāi) 光譜學(xué)是一種無(wú)創(chuàng)性技術(shù)，是研究組織、等離子體和材料的最強(qiáng)大工具之一。本文介紹了如何利用近軸元件建立透鏡—光柵—透鏡(LGL)光譜儀模型，使用OpticStudio的多重結(jié)構(gòu)( Multiple Configurations )、評(píng)價(jià)函數(shù) ( Merit Functions )和ZPL宏等先進(jìn)功能完成了從所需指標(biāo)參數(shù)到性能評(píng)估的設(shè)計(jì)過(guò)程。
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簡(jiǎn)介
光譜儀是測(cè)量光強(qiáng)與波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系的儀器。光譜儀有各種各樣的通用設(shè)置。本文介紹了透鏡—光柵—透鏡(LGL)光譜儀。在OpticStudio中完成對(duì)光譜儀的設(shè)置后，對(duì)其關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定和討論。
LGL光譜儀的基本設(shè)置
LGL光譜儀的基本設(shè)置如下：
多色光通過(guò)入射針孔進(jìn)入光譜儀，從而產(chǎn)生發(fā)散光束。然后，使用準(zhǔn)直透鏡生成平行光線。后面的透射式衍射光柵是光譜儀的核心元件，它可以根據(jù)光束的波長(zhǎng)（即顏色）改變光束的方向。最后，聚焦透鏡將光束會(huì)聚在探測(cè)器上。每種波長(zhǎng)的光線會(huì)聚在探測(cè)器上不同的位置，通過(guò)將測(cè)量到的強(qiáng)度作為探測(cè)器上位置的函數(shù)，可以得到光線的光譜。
第一種方法，在OpticStudio中使用近軸元件對(duì)該設(shè)置進(jìn)行建模。這樣做可以忽略像差和優(yōu)化問(wèn)題，這些問(wèn)題我們?cè)谙缕诟碌奈恼轮杏懻摗Ａ硪环矫妫琇GL光譜儀適用于理解光譜儀的基本物理概念及其分辨率。
在OpticStudio中建立近軸LGL光譜儀模型
系統(tǒng)設(shè)置
首先，在系統(tǒng)選項(xiàng) ( System Explorer ) 中設(shè)置系統(tǒng)的基本參數(shù)。按照下圖設(shè)置入瞳直徑 ( Entrance Pupil Diameter ) （稍后將看到孔徑如何影響光譜儀的性能）：
在此光譜儀中，要分析波長(zhǎng)范圍為：λmin=400 nm到 λmax = 700 nm的可見(jiàn)光，波長(zhǎng)帶寬為：Δλ= 300 nm。
展開(kāi) 光譜學(xué)是一種無(wú)創(chuàng)性技術(shù)，是研究組織、等離子體和材料的最強(qiáng)大工具之一。本文介紹了如何利用近軸元件建立透鏡—光柵—透鏡(LGL)光譜儀模型，使用OpticStudio的多重結(jié)構(gòu)( Multiple Configurations )、評(píng)價(jià)函數(shù) ( Merit Functions )和ZPL宏等先進(jìn)功能完成了從所需指標(biāo)參數(shù)到性能評(píng)估的設(shè)計(jì)過(guò)程。
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光譜儀是測(cè)量光強(qiáng)與波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系的儀器。光譜儀有各種各樣的通用設(shè)置。本文介紹了透鏡—光柵—透鏡(LGL)光譜儀。在OpticStudio中完成對(duì)光譜儀的設(shè)置后，對(duì)其關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定和討論。
LGL光譜儀的基本設(shè)置
LGL光譜儀的基本設(shè)置如下：
多色光通過(guò)入射針孔進(jìn)入光譜儀，從而產(chǎn)生發(fā)散光束。然后，使用準(zhǔn)直透鏡生成平行光線。后面的透射式衍射光柵是光譜儀的核心元件，它可以根據(jù)光束的波長(zhǎng)（即顏色）改變光束的方向。最后，聚焦透鏡將光束會(huì)聚在探測(cè)器上。每種波長(zhǎng)的光線會(huì)聚在探測(cè)器上不同的位置，通過(guò)將測(cè)量到的強(qiáng)度作為探測(cè)器上位置的函數(shù)，可以得到光線的光譜。
第一種方法，在OpticStudio中使用近軸元件對(duì)該設(shè)置進(jìn)行建模。這樣做可以忽略像差和優(yōu)化問(wèn)題，這些問(wèn)題在文章 "如何構(gòu)建光譜儀——實(shí)際應(yīng)用"中討論。另一方面，LGL光譜儀適用于理解光譜儀的基本物理概念及其分辨率。
在OpticStudio中建立近軸LGL光譜儀模型
系統(tǒng)設(shè)置
首先，在系統(tǒng)選項(xiàng) ( System Explorer ) 中設(shè)置系統(tǒng)的基本參數(shù)。
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概要
光譜學(xué)是一種無(wú)創(chuàng)性技術(shù)，是研究組織、等離子體和材料的最強(qiáng)大工具之一。本文介紹了如何利用近軸元件建立透鏡—光柵—透鏡(LGL)光譜儀模型，使用OpticStudio的多重結(jié)構(gòu)( Multiple Configurations )、評(píng)價(jià)函數(shù) ( Merit Functions )和ZPL宏等先進(jìn)功能完成了從所需指標(biāo)參數(shù)到性能評(píng)估的設(shè)計(jì)過(guò)程。
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光譜儀是測(cè)量光強(qiáng)與波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系的儀器。光譜儀有各種各樣的通用設(shè)置。本文介紹了透鏡—光柵—透鏡(LGL)光譜儀。在OpticStudio中完成對(duì)光譜儀的設(shè)置后，對(duì)其關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定和討論。
LGL光譜儀的基本設(shè)置
LGL光譜儀的基本設(shè)置如下：
多色光通過(guò)入射針孔進(jìn)入光譜儀，從而產(chǎn)生發(fā)散光束。然后，使用準(zhǔn)直透鏡生成平行光線。后面的透射式衍射光柵是光譜儀的核心元件，它可以根據(jù)光束的波長(zhǎng)（即顏色）改變光束的方向。最后，聚焦透鏡將光束會(huì)聚在探測(cè)器上。每種波長(zhǎng)的光線會(huì)聚在探測(cè)器上不同的位置，通過(guò)將測(cè)量到的強(qiáng)度作為探測(cè)器上位置的函數(shù)，可以得到光線的光譜。
第一種方法，在OpticStudio中使用近軸元件對(duì)該設(shè)置進(jìn)行建模。這樣做可以忽略像差和優(yōu)化問(wèn)題，這些問(wèn)題在下期更新的文章中討論。另一方面，LGL光譜儀適用于理解光譜儀的基本物理概念及其分辨率。
在OpticStudio中建立近軸LGL光譜儀模型
系統(tǒng)設(shè)置
首先，在系統(tǒng)選項(xiàng) ( System Explorer ) 中設(shè)置系統(tǒng)的基本參數(shù)。
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光譜儀設(shè)計(jì)的最新內(nèi)容
在工業(yè)制造與資源勘探的快節(jié)奏環(huán)境中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室送樣檢測(cè)因漫長(zhǎng)的周期，往往成為制約決策效率的瓶頸，Evident（原奧林巴斯科學(xué)解決方案部門(mén)）推出的Vanta系列手持式X射線熒光（XRF）分析儀，通過(guò)將實(shí)驗(yàn)室級(jí)的分析能力集成于堅(jiān)固便攜的手持設(shè)備中，徹底改變了這一現(xiàn)狀，該系列設(shè)備不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)從鎂（Mg）到鈾（U）全元素范圍的精準(zhǔn)檢測(cè)，更憑借卓越的耐用性和智能化的數(shù)據(jù)處理能力，成為了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制
光譜學(xué)--對(duì)光的光譜（波長(zhǎng)）組成的研究--仍然是光學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。采用衍射元件的色散行為來(lái)分離不同方向的入射光的不同光譜成分的多色器或單色器由于其易于使用和可調(diào)整性，經(jīng)常被選擇用于這項(xiàng)任務(wù)。
在高速物理光學(xué)建模和設(shè)計(jì)軟件VirtualLab Fusion中實(shí)現(xiàn)的 "連接場(chǎng)求解器 "方法可以模擬由各種元件組成的復(fù)雜系統(tǒng)，在這個(gè)領(lǐng)域就是如此：光柵和折射元件（如拋物面鏡）都是光譜系統(tǒng)中不可避免的部分
<div contenteditable="false" width="100%">在工業(yè)4.0與資源勘探數(shù)字化的浪潮下，傳統(tǒng)的“現(xiàn)場(chǎng)取樣-實(shí)驗(yàn)室送檢”模式因漫長(zhǎng)的周期，已難以滿足工業(yè)對(duì)決策效率的極致追求，Wabtec（原奧林巴斯科學(xué)解決方案部門(mén)）推出的Vanta系列手持式X射線熒光（XRF）分析儀，通過(guò)將實(shí)驗(yàn)室級(jí)的分析能力濃縮于堅(jiān)固的便攜機(jī)身中，成功打破了這一瓶頸，這不僅是一次技術(shù)的迭代，更是一場(chǎng)關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)元素分析的效能革命
各位技術(shù)鄰的同行們，科研、工業(yè)檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)中，進(jìn)口光譜儀價(jià)高難維護(hù)、傳統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)失真、定制周期長(zhǎng)等問(wèn)題，想必大家都遇到過(guò)。
今天給大家安利一款實(shí)測(cè)過(guò)關(guān)的國(guó)產(chǎn)光譜儀，適配科研材料表征、工業(yè)質(zhì)量把控等場(chǎng)景，性價(jià)比拉滿，核心配置媲美進(jìn)口，徹底解決行業(yè)痛點(diǎn)！
做技術(shù)的都懂，一款好用的光譜儀，能省時(shí)間、省成本、少踩坑，不用再為進(jìn)口設(shè)備價(jià)高、傳統(tǒng)設(shè)備不穩(wěn)發(fā)愁
[NEWSLETTER] 傅里葉變換光譜儀2個(gè)月前
傅里葉變換光譜法是一種光學(xué)計(jì)量方法，可用于用邁克爾遜干涉儀測(cè)量光源的光譜，是一種眾所周知的技術(shù)，通常用于從研究空氣或水質(zhì)到藥物分析的廣泛應(yīng)用。
為了幫助光學(xué)設(shè)計(jì)師了解在這些設(shè)備中可以發(fā)揮作用的所有效果，快速物理光學(xué)軟件VirtualLab Fusion提供了所有必要的工具，可以在這些系統(tǒng)中進(jìn)行全面?zhèn)鞑ァ＿@自然包括在探測(cè)器平面上發(fā)生的所有相干和干涉效應(yīng)。此外，通過(guò)我們新的探測(cè)器附加組件，用戶可以訪問(wèn)所有感興趣的物理量
摘要
眾所周知，在干涉儀中，條紋對(duì)比度可能取決于光源的相干性。例如，在配有一定帶寬源的邁克爾遜干涉儀中，干涉條紋對(duì)比度隨著兩臂之間的光程差的增加而減小。通過(guò)測(cè)量可移動(dòng)反射鏡在不同位置的干涉圖對(duì)比度，可以得出光源的相干長(zhǎng)度。典型的傅立葉變換光譜學(xué)通常是基于這類光學(xué)裝置。
建模任務(wù)
非序列追跡
探測(cè)器附加組件
參數(shù)運(yùn)行
總結(jié)-組件…
LGL光譜儀的基本設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)光譜儀時(shí)，必須了解一些先決條件，并且確定出初步使用的有關(guān)光學(xué)元件和平臺(tái)（文末提供了制造商網(wǎng)站的鏈接）。在本例中，我們研究了用于光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的光譜儀：
光譜儀的帶寬為：855 nm到905 nm之間，以匹配對(duì)人眼檢查有利的OCT光源的光譜。
我們還必須考慮到探測(cè)器上的光斑大小受到衍射的限制，這為光譜儀的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的約束。
衍射極限
可以將光譜儀看作是將物體（入射針孔，即點(diǎn)光源）映射到像面（探測(cè)器）的光學(xué)系統(tǒng)。像OpticStudio那樣使用光線來(lái)計(jì)算光在光學(xué)系統(tǒng)中的傳播是非常有效的，但光線追跡的結(jié)果并不完全符合實(shí)際情況。點(diǎn)光源不是無(wú)窮小的點(diǎn)（對(duì)應(yīng)銳利的圖像），所得到的圖像將是模糊的。
參考文獻(xiàn)：
[1]武艷艷，謝微.基于自由曲面的成像光譜儀設(shè)計(jì)［J］.光子學(xué)報(bào)，2025，54（8）：0811003
奧林巴斯手持式光譜儀Vanta Element4個(gè)月前
奧林巴斯Vanta Element系列手持式X射線熒光（XRF）分析儀專為金屬材料現(xiàn)場(chǎng)快速識(shí)別與分揀而打造，在性能與成本之間實(shí)現(xiàn)良好平衡。該系列包含Vanta Element與Vanta Element-S兩款型號(hào)，均能高效完成合金牌號(hào)判定，并在屏幕上實(shí)時(shí)顯示比對(duì)結(jié)果，顯著提升作業(yè)效率。
奧林巴斯手持式光譜儀：https://industrial.evidentscientific.com.cn
