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高分辨率中等级梯形光栅-棱镜交叉色散光路的设计。

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简介：
本文详细阐述了高分辨率中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路的设计方案，由张尹馨和杨怀栋共同完成。研究团队的目标是研制一台能够覆盖宽光谱范围且具有高分辨率的中阶梯光栅光谱仪。在此过程中，文章深入探讨了中阶梯光栅的光谱色散特性，并详细阐释了基于这些特性所遵循的交叉色散原理，同时还提出了具体的实施策略。

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  • 中阶梯光栅与棱镜组合的高分辨率交叉色散光路设计
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    本研究提出了一种创新的光学系统设计方案，采用中阶梯光栅结合棱镜技术实现高效能、高解析度的交叉色散路径配置，显著提升光谱成像系统的性能。 本段落旨在设计一种宽光谱范围且高分辨率的中阶梯光栅-棱镜交叉色散光路系统。文中首先阐述了中阶梯光栅的独特色散特性，并详细介绍了基于该特性的交叉色散原理，进而提出了一种创新的设计方案。
     
  • 超光谱成像系统中棱镜光栅组合色散类型的优化设计
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    本研究聚焦于超光谱成像系统的性能提升，特别探讨了棱镜与光栅的不同组合方式对色散效果的影响，旨在通过优化设计提高系统的分辨率和灵敏度。 光谱成像仪的发展趋势包括大视场、超高的光谱分辨率以及高空间分辨能力。抑制谱线弯曲和色畸变是确保二维谱图准确提取的关键因素之一。本段落提出了一种结合棱镜与光栅的新型光谱成像结构，并运用矢量方法建立了该组合色散元件的数学模型，优化了分光模块的相关参数。 基于此设计思路，我们开发了一个具有近直视光学路径的超光谱成像仪系统。其工作波段为400至800纳米（nm），入射狭缝长度达到14毫米（mm），F数设定为2.4。该系统的光谱分辨率达到了惊人的0.5 nm，且在探测器奈奎斯特频率68线对/毫米处的调制传递函数值均超过了0.7。此外，我们还成功地将谱线弯曲和色畸变控制在了1微米（μm）以内，这一数值仅为单个像素宽度的13.5%以下。
     
  • 光栅细微分辨率电路仿真
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    《光栅细微分辨率电路仿真》一书聚焦于利用先进的光栅技术进行高精度电路仿真的研究与应用，探讨了微纳制造领域内的关键技术挑战及解决方案。 使用Multisim 13对光栅位移传感器的四细分分辨向电路进行仿真。信号源产生0.5Hz的方波信号，通过D触发器得到两路0.25Hz的正交信号以模拟光栅位移传感器返回的信号。将这两路正交信号送入由非门、与门、或门和或非门以及电阻电容构成的单稳四细分分辨向电路中，然后将经过细分辨向电路处理后的两路信号通过计数器74LS192进行计数显示。可以看到计数器每隔一秒计数一次，并且可以通过控制开关S1来决定哪一路正交信号相位超前，从而实现向上或向下计数的功能。
     
  • C-T型棱镜透射式中阶梯光栅光谱仪的谱图还原模型
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    本文提出了一种针对C-T型棱镜透射式中阶梯光栅光谱仪的谱图还原模型，旨在提高复杂光谱数据处理和解析能力。该模型通过精确校准仪器参数并优化算法实现高效的谱线识别与分析，在天文观测、物质成分检测等领域展现出广泛应用前景。 针对中阶梯光栅光谱仪通过交叉色散形成的二维光谱图无法直接进行波长标定的问题，我们建立了一种C-T型棱镜透射式中阶梯光栅光谱仪的谱图还原模型。该模型详细分析了棱镜和光栅在各自色散方向上的规律以及两者之间的相互作用关系，并建立了波长与像面坐标的关系表达式。 根据这种类型中阶梯光栅光谱仪特有的光学结构及各个元件对光线传输的影响，我们校正了由于各光学元件引入的计算误差。最终精确地计算出每个波长对应的像面坐标，从而完成了该类仪器二维谱图还原模型的建立。通过这种方法所构建的模型能够快速准确地对该类型中阶梯光栅光谱仪进行二维谱图还原和波长标定，并且其计算误差小于一个像元。
     
  • 基于二维全谱的高分辨率中阶梯光谱仪光学系统设计
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    本研究致力于开发一种新型高分辨率中阶梯光谱仪光学系统，采用二维全谱技术，旨在大幅提高光谱分析的精度和效率。该设计结合先进的光学元件与创新布局，适用于广泛科研及工业应用需求。 传统的罗兰圆光谱仪与Czerny-Turner型光谱仪通常使用刻线密集的光栅以及较长的成像焦距来提升其分辨率，但这种做法会导致成本上升及设备体积增大。为解决这一问题，本段落提出了一种结合中阶梯光栅和低色散棱镜的设计方法。 文中详细探讨了中阶梯光栅的工作原理及其应用，并给出了基于该技术设计高分辨光谱仪的基本步骤。通过实际案例展示，作者设计出一款采用400毫米焦距的光学系统，在180至800纳米全波段内实现二维光谱成像。 利用Zemax光学软件对设计方案进行了光线追踪分析，结果显示：在单个CCD像素（尺寸为24mm×24mm）范围内可捕捉到50%~70%的环围能量；且当工作于200纳米波长时，系统分辨率能达到0.00675纳米。这些数据表明设计完全符合预期性能指标要求。
     
  • MATLAB仿真自然光经三棱镜色散过程动画
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    本作品利用MATLAB软件创建了一段动画，生动展示了自然光线通过三棱镜时发生的色散现象，有助于理解光的折射和色彩组成原理。 在MATLAB中模拟自然光通过三棱镜色散的动画可以使用以下代码： ```matlab figure(position,[78 276 792 402]); xp=[-0.2,0.2,0];yp=[0.2,0.2,0.5]; B=pi/14; ZZ=[xp;yp]*[cos(B),sin(B);-sin(B),cos(B)]; fill(ZZ(:,1),ZZ(:,2),[0.2,0.4,0.6]); axis([-1,1,0,1]);hold on;set(gca,color,k); t=0; A=pi/8; set(gcf,doublebuffer,on); x=[-1,-1];y=[0,0]; H=plot(x,y,w,linewidth,6); ``` 这段代码用于创建一个三棱镜的图形，并设置了初始光线的位置和颜色。通过调整参数可以模拟自然光经过三棱镜时发生的色散现象。
     
  • 2.16米望远镜高分辨光谱仪中的天文光学频率梳
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    本研究探讨了在2.16米望远镜高分辨光谱仪中应用天文光学频率梳技术的可能性与优势，旨在推动天体物理学观测精度的革新。 本段落介绍了应用于我国兴隆观测站2.16米望远镜高分辨率光谱仪的天文光学频率梳技术。采用掺镱光纤激光器作为光源，并通过模式滤波使模式间隔达到25 GHz，与天文光谱仪的分辨率相匹配。经过展宽和平滑处理后，该系统的可见光范围覆盖超过270纳米，且长期保持在1 dB以内的平滑度以及42 dB以上的边模抑制比。这种技术使得视向速度理论定标精度达到厘米每秒级别，从而为寻找系外类地行星和直接测量宇宙膨胀速率提供了可能。
     
  • 光栅信号的四级分辨技术
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    本文介绍了光栅信号四级分辨技术的基本原理和实现方法，探讨了其在高精度测量中的应用及其优势。 光栅信号的四细分模块使用VHDL语言编写。该模块包括滤波、细分、辨向以及可逆计数等功能。
     
  • 高分辨率宽光谱光谱分析系统的开发设计
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    本项目致力于研发一种新型高分辨率宽光谱光谱分析系统，旨在实现对不同波长范围内的光线进行精确测量与高效解析。该系统能够广泛应用于科学研究、环境监测及工业检测等多个领域，为用户提供全面的光谱数据支持和深入的数据分析能力。 结合光学像差理论与光栅色散原理，并采用像元分辨率匹配方法，本段落提出了一种设计宽光谱高分辨率Czerny-Turner型光栅光谱仪初始结构的方法。在考虑机械加工装调及通光效率的基础上，该方法被应用于波长范围为200~1000 nm、分辨率为0.01 nm的光学系统中。通过ZEMAX软件对设计进行了仿真和优化，结果表明此设计方案能够满足光谱探测范围、分辨率以及通光孔径等各项要求，并且仪器的设计性能均符合指标需求。
     
  • 高光谱分辨率紫外Offner成像光谱仪的设计
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    本研究设计了一种基于Offner架构的高光谱分辨率紫外成像光谱仪，旨在优化光学系统以实现卓越的图像质量和高精度光谱分析能力。 紫外成像光谱仪是遥感探测仪器的重要组成部分之一，在机载和星载领域，遥感平台正逐步要求光谱仪在实现高分辨率的同时，设备趋于轻量化和小型化。针对紫外成像光谱仪的这些特点，我们研究了基于Offner结构的紫外成像光谱系统，并设计了一种工作波段为250～400 nm、狭缝长40 mm、光谱分辨率为0.3 nm的高分辨率紫外成像光谱仪。分析结果显示，在38.5 lp/mm处调制传递函数达到0.76以上，实现了接近衍射极限的优良成像质量；同时，该设计下的系统在像元尺寸10%以内控制了谱线弯曲和色畸变。 此外，我们在此基础上缩小了原Offner结构系统的体积，从而满足紫外遥感仪器小型化、轻量化的要求，并且易于加工及装调。这一设计方案符合机载和星载遥感应用的需求。