第31卷，第12期 2011年12月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
MOEMS微镜面阵光谱仪的优化设计与实验
莫祥霞，温志渝，张智海，郭媛君
Vol. 31,No. 12.pp3412-3416
December，2011
重庆大学新型微纳器件与系统技术国家重点学科实验室，光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044
摘要MOEMS(microoptical electronicmechanicalsystem）微镜面阵光谱仪主要利用微镜面阵分时选通实现单个探测器光谱测量，具有无需斩波器实现脉冲信号输出，无需机模板实现哈达吗调制，象元分辨率高，体积小，成本低等优点。针对MOEMS微镜面阵光谱仪设计中，狭缝尺寸与光通量之间的矛盾，本文系统深人的分析该光谱仪微型结构引人的新影响因素，获取最优值，实现光谐分辨率改进。首先，提出了衍射限制，空间采样率和谱面内弯曲对分辨率的影响，模拟仿真，获取最优参数。最后，搭建实验，进行测试。结果表明：微型光谱仪中，谱面内弯曲影响较小；衍射受限导致光谱分辨率无法进一步改善；空间采样率要求光谱光学分辨力至少是象元分辨力的两倍；综合评价的狭缝最优值为1.818μm，象元分辨力为2.2786nm。
关键词分辨率；微镜；光谱仪；MOEMS
中图分类号：TH744.1；TH741
引言
文献标识码：A
微型近红外光谱仪主要测量物质共振倍频光谱吸收，以其体积小，无损检测等特点广泛应用于各种光学检测、生物化学分析、天文研究等领域"。近红外光谱技术针对微弱光谱信号，需要检测仪器有较高的灵敏度，而微型光谱仪设计中主要是栖牲光谱仪器性能精度以达到仪器耗能小，体积小等设计指标，因此光讲仪光通量和光谱仪器分辨率是制约微型近红外光谱仪发展的瓶须。近年来，国内微型光讲仪有了较大的发展。2007年重庆大学杜晓晴等人提出脉冲折叠近红外光诺仪，利用脉冲光源取代了斩波器的使用；同年，张波等提出微型光纤光谱仪，采用2030个CCD象元进行探测达到较高象元分辨率；2009年重庆大学向资毅等提出微型近红外光谱仪，结构中采用凹面光栅作为色散元件，光路简洁，减低了装调难度；同年，长春光学精密机械研究所帮鹏等人提出一种基于MEMS微硅多狭缝分光光度计，结构中采用微硅狭缝进行象元分制，减小仪器体积（2-3，这一系列结构都是采用光栅作为色胶元件，分别利用光源口径，人射光纤芯径，狭缝，象元面积等方法获得高分辨率，
MOEMS微镜面阵光讲仪[4.主要利用微镜面阵分时选通实现单个操测器光诺测量，具有无需新波器实现脉冲信号输出，无需机械模板实现哈达吗调制，象元分辨率高，体积
收稿日期：2010-12-25，修订日期：2011-03-12
DOI; 10, 3964/j. issn 10000593(2011)12-3412-05
小，成本低等优点。MOEMS微镜面阵避免了大型光谱仪中存在的问题，而其微型结构义引人新的影响因索，需要对其进行分析优化。
本文提出以狭缝像作为研究对象，在传统几何成像对分辨率影响要素的基础上，深入的、系统的分析了MOEMS微镜面阵光谱仪分辨率的影喇要素。根据信息光学理论，建立系统衍射受限模型，讨论狭缝衍射影响；从空间采样率的角度对光讲仪器分辨率进行分析；讨论平行概条光栅对狭缝像像面弯曲的影响。保持其他条件不变的情况下分别改变各个影响因索，对MOEMS微镜面阵光谱仪样机进行测试。综合评价影响因素，优化光谱仪器分辨率。
微镜光谱仪基本结构
MOEMS微镜面阵光谱仪基本结构如图1所示：宽波带
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slitmiror grating miror dmd
detecton
mirror
Fig 1Structure of micro mirror
基金项目：三峡库区环境监测微系统国际科技合作项目（2007DFC00040)，国家中央高校基本科研业务专项资金项目(CDJXS10121146)，
重庆市院士基金项目(CSTC2008BC3002)和国家自然科学基金项目(60708017)资助
作者简介：莫祥霞，女，1984年生，重庆大学硕士研究生
e-mail; yiyang. xx@hotmail. com; yiyang_3@163, com
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