第32卷，第6期 2012年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.32,No.6,pp1717-1721
June,2012
面向微小型紫外光谱仪的凹面光栅模拟与设计
彪1-2，温志渝1.2*，温中泉12，曾甜玲1.2 罗
1.重庆大学新型微纳器件与系统技术国家重点学科实验室，重庆400044 2.重庆大学微系统研究中心，重庆400044
摘要针对微型紫外光谱仪设计要求，基于固面光摄理论与方法开展了微小型蒙外光谱仪的像差分析，完成平场化回面光播的模拟分析与设计，解决了紫外宽光诺与高分辨率间题，同时应用光据衍射理论、全息光学理论，采用光栅设计软件PCGrate对面光栅的衔射效率进行了设计和优化，使所应用级次的光谱衍射效率在整个设计波段内达到最优，实现了微小型紫外光谐仪的平场凹面光栅设计。所设计紫外面光栅工作波长范图190~410nm、口径20mm，F/#=0.21。按照设计参数装调的微型紫外光谱仪在宽度为50
sm缝光源再现情况下，光谱分辨率优于3nm，衍射效率无异常出现。关键词紫外光谱；衍射效率；面光栅；ZEMAX；PCGrate
中图分类号：TH744.1
引言
文献标识码：A
DOI; 10, 3964/j. issn. 10000593(2012)06-1717-05
1原理和设计方法
近紫外光是指波长约为200～400nm的电磁波[]。配合一定光谱分析算法，可以通过近紫外光谱进行物质定性定量分析[23]，这种分析方法具有分析样品使用景少、所需分析时间短和分析结果稳定性好等优点。紫外光谱属于非可见光光谱，普通光学器件的表面镀膜在这一波段内反射率很低，光源能量转化效率不高，因此紫外光谱仪在设计中常采用单光学面的凹面光栅对入射光进行分光和光谱成像。为了提高输出光谱的质量，必须对光谐仪核心部件面光栅的结构
尺寸，分辨率、衍射光强和衍射效率等参数大学精密仪器及光电于工程学院设计了
行设计。天津外-可见分光
光度计，此设计中将多股光纤的一端排列成长方形直接作为入射狭续，解决了宽的光谱带宽与光源能量利用率之间的矛盾。LawranceBerkeleyLab使用平焦场变摄距光摄光谱仅来校正相差4，提高分辨率，光谱范围8~25nm，分辨率在13 nm处为入/以=30000，16nm处为35000。以上文献未有关于紫外凹面光栅及其衍射效率设计分析。本工作应用凹面光橱成像理论，采用ZEMAX和PCGrate光学软件设计用于紫外波段的平场凹面光栅，设计出有较高的衍射效率和高成像质量的宽光诺平场回面光栅。
收稿日期：2011-10-11，修订日期：2012-02-09
针对凹面光栅成像的特点，首先用凹面光桥理论和光学设计软件ZEMAX对紫外光谐仪系统的凹面光概的分辨率和像斑进行了设计和优化。得到详细的参数后，应用光衔射和全息光学理论，结合凹面光栅的制造工艺和工作条件，使用PCGrate软件对光楞的型占空比，衍射效率等其他参数进行设计、优化。
1.1紫外凹面光棚的消像差设计原理
凹面光栅的基本工作原理如图1所示，其中记录面是半径为R的球面，其中A(r，y，z）为点光源，即待测光的入射点，PE，，D为凹面光栅上的任意一点，B(，>，2）为光线AOP所对应的第K级衍射光线上一点，即光谱信号的获取点其中P点的坐标是以叫面光栅表面的垒标系为参考的，面A，B点的坐标是以光源所在空间的坐标系为参考的。厂是光源到光标的距离高，产是光慢基面的焦距。
设工作波长为入，则光程函数可以表示为(})
(1)
其中，N是光摄的光摄线密度，表是光谱的级次，由于光摄的是以球面为基底的，所以可以把看做是，的雨数，郡么把上式在凹面光据表面所在的参考坐标系中按照技术展
基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）（2009AA04Z327)，国际科技合作项目（2007DFC00040)，重庆市自然科学基金项目（CSTC，
2007BB3203)，重庆市科技攻关计划项目（CSTC，2007AC2045)资助
作者简介：罗彪，1983年生，重庆大学光电工程学院博士研究生
*通讯联系人
万方数据
e-mail; wzy@cqu.edu.cn
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