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          技术文章
          阿达玛光谱仪特点
          2012-11-28
          目前本课题完成了阿达玛光谱仪的样机,经初步调试和检测基本得到了预期的设计效果,但也发现目前设计中的一些问题,在本课题的后续工作中,阿达玛光谱仪的改进需要在大量装配和调试的基础上发现问题。
          阿达玛光谱仪满足了在不降低光通量的前提下提高分辨率的要求,适合微弱信号的测量,克服了大多数光栅光谱仪的缺陷,达到了双增益的效果。为本课题组高性能光谱仪的研究提供技术积累,进一步加强MEMS技术在高端光谱分析中的应用。主要完成以下几个方而的研究工作:
          1.探讨了阿达玛变换的多通道探测原理,并分析了阿达玛变换编码数学模型。根据微小型光谱仪的特点,采用艾伯特-法斯梯系统作为阿达玛光谱仪的光学系统。在此基础上完成了阿达玛光谱仪的机械结构设计,设计的支架结构紧凑、体积小,支架与光学系统形成一体,实现了阿达玛光谱仪全固态构想。
          2.讨论了各光学元件对*终成像的影响,创建“全仪器函数”。通过衍射光学理论分析了光线在光谱仪中的传递过程,根据各光学元件的光学特性给出了各模式的传播常数,计算出了光路走向,提出了一种计算光谱仪特性的算法。可以精确地描述出被测物体在焦平面上的光谱成分。
          3.进行了阿达玛入射狭缝循环S型、S型编码设计;采用二维入射阿达玛狭缝模板代替光谱仪入射狭缝。分析了使用基于MEMS技术的二维微硅片狭缝阵列的优势。利用MEMS可以在一块掩膜板上制作出多通道阵列,实现多狭缝的固态化。实现了仪器的快速性、稳定性、耐用性,使仪器具有高光通量、高信噪比、高牢固性的特点。
          4.分析了光源经过光谱仪的入射狭缝后的衍射现象,通过构造入射狭缝的孔径函数及衍射光栅的反射函数,经计算得到了入射狭缝衍射后的光强分布函数,推导出入射狭缝结构参数与光通量的关系。利用Matlab实现了对阿达玛狭确量化,为多狭缝光谱仪的设计和制造提供更完善的依据。
          本文主要具有创新性的工作如下:
          1.提出采用二维微硅片狭缝阵列的全固态阿达玛光谱仪的设计思想。通过MEMS工艺在硅或其他的基底上刻蚀或腐蚀出阿达玛微硅片狭缝阵列,具有精度高、体积小、透光性好、光谱范围大(紫外、可见、红外)的特点。而入射狭缝
          是实现阿达玛光谱变换的关键性部件,也是阿达玛光谱仪微小型化的关键部件。
          2.建立了阿达玛光谱仪入射狭缝结构的光强分布函数,根据数学表达式编写Matlab程序,形成了入射狭缝结构的衍射计算机仿真模型和数据处理软件。实验表明该仿真系统结构合理、完善,仿真结果与实际情况基本一致。

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