분광 광도계의 광학 설계

광학 시스템은 핵심 부품입니다. 분광 광도계. 분광계 및 광학 설계 이론의 기본 원리를 기반으로 휴대성, 저비용, 스펙트럼 범위 및 분해능의 설계 요구 사항을 충족하는 특정 설계 목표를 가진 Littrow 시스템, Albert Fastian 시스템이라는 네 가지 실현 가능한 설계 방식 , Cherney Turner 시스템과 Cross Cherney Turner 시스템을 비교 분석하였으며, 본 설계를 위한 시스템 구조로 평면 회절 격자를 분산 요소로 하는 비대칭 교차 Czerny Turner 구조를 제안한다.

이 시스템은 광학 소프트웨어로 시뮬레이션 및 최적화됩니다. 설계 결과는 설계된 시스템이 360nm~740nm의 스펙트럼 범위, 10nm의 스펙트럼 분해능, 5.25의 F수, 44.1mm의 스펙트럼 확장, 약 80mm × 69mm × 62mm의 시스템 부피를 가지며, 높은 정확도, 작은 크기 및 저렴한 비용의 설계 요구 사항.

광학 설계 이론:
일반적으로 광학기기의 수차는 단색수차와 색수차로 나눌 수 있다. 단색 수차에는 구면 수차, 혜성 수차, 비점수차, 상면 만곡 및 왜곡이 있습니다. 수차의 주요 보정 방법에는 구면 수차, 코마 수차 및 색 수차가 있습니다. 설계된 분광 광도계에 사용되는 구성 요소는 반사 요소이므로 시스템에 색수차가 없습니다. 따라서 구면 수차와 코마만 보정하면 됩니다.

구면 수차는 구경이 서로 다른 평행 광선이 한 지점에 모일 수 없기 때문에 발생합니다. 반대로 콜리메이터는 구면 수차로 인해 슬릿의 모든 지점에서 나오는 모든 빛을 평행 광선으로 변환할 수 없습니다. 구면 수차로 인해 스펙트럼선 윤곽이 넓어지고 스펙트럼선이 흐려지며 해상도가 감소할 수 있습니다. 콜리메이터와 이미징 미러의 구면 수차는 조정으로 제거할 수 없으므로 설계 시 수차 허용 오차 내에서 수정해야 합니다.

코마로 인해 매우 가까운 축 슬릿 높이의 한 지점에서 방출된 빛은 평행 대물렌즈를 통과할 때 평행 빔이 될 수 없으며 빔 구조가 비대칭입니다. 반대로 이미징 미러는 분산 시스템에서 방출된 평행 빔을 단일 지점으로 수렴할 수 없습니다.

혜성 수차는 또한 분광선 윤곽에 심각한 영향을 미치며, 분광선 윤곽의 일방적 확산을 야기할 뿐만 아니라 기기의 해상도를 감소시킬 뿐만 아니라 분광선 윤곽의 최대값의 변위를 유발하고 심지어 거짓 컴패니언을 생성합니다. 윤곽. 따라서 코마도 수차 허용 오차 내에서 제한되어야 합니다.

콜리메이션 및 이미징 시스템의 대물 렌즈는 구면 및 코마 오류를 수정해야 합니다. 경험에 기초하여 Rayleigh 기준은 일반적으로 수차 공차로 사용됩니다. 따라서 Rayleigh 기준은 잔류 구면 수차 및 잔류 코마 수차에 의해 생성된 최대 파동 수차가 보다 작아야 한다는 것입니다. 축 수차와 파면 수차의 관계에 따라 구면 수차와 코마 수차의 허용 오차는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

축 구형 차이:

사인 상태로부터의 편차:

공식에서: D는 개구의 유효 개구이며, 스펙트럼 기기에서 분산 요소의 유효 폭입니다. F'는 대물렌즈의 초점 거리이고;

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