积木式光栅光谱仪的设计与搭建

教学目标

  • 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。

实验内容

  • 借助光学设计软件,搭建满足自己的需求的光栅光谱仪。

实验步骤

  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。

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图1、在设计软件中建立的光栅光谱仪原理图

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图2、在光谱仪上搭建光栅光谱仪的实物模型图

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图3、用实验室提供的光学元件搭建的光谱仪

思考题

  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?

讨论

 
vr/labs/gratingspectrometer/start.txt · 最后更改: 2015/08/21 22:53 由 xiaole
 
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