积木式光栅光谱仪的设计与搭建

• 加深光栅光谱仪工作原理的理解，提高光学元件调节技能，以及光栅光谱仪的应用能力。

• 借助光学设计软件，搭建满足自己的需求的光栅光谱仪。

1. 学生确定自己的拟搭建的光栅光谱仪的性能指标：包括分辨率和背景噪声的水平等；
2. 在TracePro、Zemax等光学工程设计软中建立光栅光谱仪的模型，然后调节模型中各元件的参数设置，设定输入条件，得到模拟的光谱图，然后根据自己的需要，对模型中个元件的参数（包括会聚透镜的面积、光栅的光栅常熟，以及它们的空间参数等）设置进行调整以得到趋近于自己的设计目标的光谱结果；
3. 学生根据自己设计的模型，在实验室选择相应的光学元件，在光学平台上搭建自己的光谱仪，比较自己的光谱仪的输出结果和软件模拟的结果；
4. 由于光学元件的调节需要实践经验，必须根据实际得到的现象，对现象产生的原因进行分析，并进行针对性调节。这个过程中，学生可以利用设计软件对光谱仪的参数设置进行尝试性调节，以寻找输出结果与模拟结果之间的差异的产生原因，进而比较高效地完成光谱仪的调节和性能优化。

图1、在设计软件中建立的光栅光谱仪原理图

图2、在光谱仪上搭建光栅光谱仪的实物模型图

图3、用实验室提供的光学元件搭建的光谱仪

1. 影响光栅光谱仪分辨率的参数有哪些？
2. 球差产生的原因是什么？如何减小球差？
3. 要减小光栅光谱仪的背景噪声，可以采用哪些方法？