小入射角棱镜成像光谱仪的光学系统设计

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简介：
本研究针对小入射角棱镜成像光谱仪进行光学系统设计，旨在优化其在特定应用中的性能与效率。通过精心调整光学元件参数，实现高分辨率、宽光谱范围及小型化的设计目标，适用于环境监测和生物医学等领域的需求。本段落研究了棱镜色散型光谱仪的特点及其分光原理，并提出了一种新型的小入射角棱镜分光光谱仪的设计方法。该设计采用全反射光路，无需加入校正透镜，从而避免因色差引起的像差问题，提高了成像质量并有效校正了光谱弯曲现象。通过光学设计软件Zemax对所设计的成像光谱仪系统进行了分析和验证。结果表明，在各个波段内该系统的光学传递函数均接近衍射极限，并且光谱弯曲较小，完全满足预期的设计指标要求。

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小入射角棱镜成像光谱仪的光学系统设计

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本研究针对小入射角棱镜成像光谱仪进行光学系统设计，旨在优化其在特定应用中的性能与效率。通过精心调整光学元件参数，实现高分辨率、宽光谱范围及小型化的设计目标，适用于环境监测和生物医学等领域的需求。本段落研究了棱镜色散型光谱仪的特点及其分光原理，并提出了一种新型的小入射角棱镜分光光谱仪的设计方法。该设计采用全反射光路，无需加入校正透镜，从而避免因色差引起的像差问题，提高了成像质量并有效校正了光谱弯曲现象。通过光学设计软件Zemax对所设计的成像光谱仪系统进行了分析和验证。结果表明，在各个波段内该系统的光学传递函数均接近衍射极限，并且光谱弯曲较小，完全满足预期的设计指标要求。

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。

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。

改进的Czerny-Turner成像光谱仪光学系统设计方法

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本研究提出了一种优化的Czerny-Turner型成像光谱仪设计方法，旨在提高其成像质量和分辨率。通过创新性地调整关键元件布局与材料选择，实现了更宽的光谱范围和更高的灵敏度。该方法在天文观测、环境监测及生物医学应用中展现出巨大潜力。像散是目前限制Czerny-Turner结构成像光谱仪空间分辨率的主要因素之一。通过引入柱面反射镜，并利用光焦度来评估像散的大小，推导出了便于计算的校正公式，从而有效解决了像散问题。此外，还提出了一种准直镜到光栅距离的计算方法，以纠正边缘视场中的像差。同时给出了成像光谱仪中像面倾角的计算方式，实现了宽波段范围内的精确校正。基于上述技术手段设计并实现了一个改进型Czerny-Turner成像光谱仪，该设备覆盖115至200纳米的波长范围。其焦距为48毫米，F数设定为5.0，在整个视场和全波段范围内调制传递函数（MTF）均超过0.7。此外，此设计还确保了在宽频谱上的分辨率达到了每纳米0.22纳米，并且成像面尺寸达到8毫米乘以7毫米。这种设计方案可以适用于不同结构需求的成像光谱仪中。

新型角膜曲率仪成像光学系统设计

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本研究旨在设计一种用于新型角膜曲率仪的成像光学系统，以提高角膜曲率测量的精度和效率。通过优化光学元件布局与参数，增强图像质量和系统的实用性能。与传统的角膜曲率仪相比，本段落提出了一种基于光标成像原理的新型角膜曲率仪光学系统。该系统的结构紧凑且操作简便，并能达到所需的屈光度测量精度及范围。此光学系统主要分为两个部分：成像系统和照明系统。其中，成像系统由投影物镜、角膜以及摄影物镜组成，采用的是外调焦方式；而照明系统则使用柯勒照明技术，确保环形光标、角膜前表面与CCD接收器的均匀照亮。该系统的图像分辨率达到了133线对/毫米（lp/mm），且畸变率低于1%。在屈光度测量方面，精度为0.25 D（曲率半径测量精度为0.02 mm），而其测量范围则覆盖了从30到60D的区间（相应的曲率半径测量范围是从5.5至11毫米）。设计结果显示，在确保角膜屈光度高精度和广量程的同时，该系统成功实现了结构紧凑且易于操作的目标。

轻小型可见及近红外实时成像光谱仪的光学系统设计

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本研究针对轻小型可见及近红外实时成像光谱仪进行光学系统创新设计，旨在优化其体积、重量和性能，适用于环境监测、农业等领域。为解决传统成像光谱仪难以实时获取光谱与图像信息的问题，设计了一款可见近红外宽谱段视频型成像光谱仪系统。该系统采用多狭缝分光技术对目标的光谱图像进行区域划分，替代传统的推帚式成像方式，实现大视场内的高维空间和时间分辨率采集。通过使用低色散光学玻璃及双胶合透镜来矫正宽谱段光学系统的像差。前置望远物镜系统采用了复杂的双高斯结构设计，以达到小畸变效果，并确保不同视场狭缝处的能量均匀分布。为了同时获取高质量的实时视频监控和光谱信息，该系统利用分光棱镜将前置望远物镜形成的图像分为两路：一路直接由高分辨率全色相机接收；另一路由灰度相机通过进入分光系统来捕捉。经过精心选择材料组合与光线路径优化设计后，采用三块棱镜作为主要的分光元件，并实现了理想的萤石-熔石英-萤石组合。这种配置不仅保证了良好的同轴性能，还提供了出色的色散线性度。光学系统的最终设计参数为400~1000 nm宽谱段范围、F数3.5以及前置望远物镜奈奎斯特频率处的调制传递函数（MTF）大于0.5，畸变小于0.1%，像面照度均匀性超过98%。整个系统的奈奎斯特频率处设计MTF值高于0.44，并且平均光谱分辨率达到了10 nm。

基于全息变间距光栅的极紫外成像光谱仪光学系统设计

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本文介绍了一种创新性的极紫外成像光谱仪光学系统的开发，采用全息变间距光栅技术，旨在提高光谱分辨率和观测效率。该设计对于空间物理与天文研究具有重要意义。随着对太阳等离子体活动物理过程研究的深入发展，设计高性能太阳极紫外成像光谱仪变得越来越重要。一种有效的方法是应用变间距光栅技术。本段落提出了一种使用全息变间距光栅来设计太阳极紫外成像光谱仪的新方法：首先制定系统的初始光学结构；接着利用1stopt软件的全局优化算法，根据全息变间距光栅的光程差原理计算出具有较小像差的光栅；最后通过Zemax软件对整个系统进行建模与进一步优化。文中提供了一个具体的设计案例，设计出的工作范围为17至21纳米、视场宽度为2400角秒且空间分辨率为每像素0.6角秒和光谱分辨率为每像素0.00225纳米的太阳极紫外成像光谱仪。该仪器长度约为两米，并在所设定的工作波长范围内，其空间方向与光谱方向上的均方根半径以及截止频率范围内的调制传递函数都达到了要求的标准。

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。

折衍射结合的成像光学系统设计

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本研究探讨了基于折衍射结合技术的新型成像光学系统的创新设计，旨在优化图像质量和减小设备尺寸。通过理论分析与实验验证相结合的方法，提出了若干具有实际应用价值的设计方案，并评估其性能优势及潜在应用场景。折衍射混合成像光学系统设计及衍射光学（DOE）的设计。

光谱仪结构设计入门.pdf

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《光谱仪结构设计入门》是一本专注于介绍光谱仪基本构造与设计原则的学习资料，适合初学者了解和掌握光谱仪的设计方法。零基础入门到精通光学设计是指为了满足特定的或模糊的光学需求，通过设计师与客户的沟通、讨论以及相互妥协达成共识，并形成可量化且可测量的光学指标。接下来根据这些标准进行包括但不限于光学透镜的设计、结构尺寸确定、重量计算、成本预算、生产周期规划、工艺流程制定、材料选择和强度及温度适应性等方面的详细设计工作，最终完成符合要求的光学系统开发。