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中红外平面光栅光谱仪系统光学设计与优化

刘洋,  方勇华,  李大成,  李扬裕

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刘洋, 方勇华, 李大成, 李扬裕. 中红外平面光栅光谱仪系统光学设计与优化[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(2): 413-418.
引用本文: 刘洋, 方勇华, 李大成, 李扬裕. 中红外平面光栅光谱仪系统光学设计与优化[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(2): 413-418.
shu
Liu Yang, Fang Yonghua, Li Dacheng, Li Yangyu. Optical design and optimization of a mid-infrared plane grating spectrometer system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(2): 413-418.
Citation: Liu Yang, Fang Yonghua, Li Dacheng, Li Yangyu. Optical design and optimization of a mid-infrared plane grating spectrometer system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(2): 413-418.
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中红外平面光栅光谱仪系统光学设计与优化

  • 1.

    中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031;

  • 2.

    中国科学院大学,北京100049

基金项目: 

国家自然科学基金(41175037)

详细信息
    作者简介:

    刘洋(1986-),男,博士,主要从事光机系统设计方面的研究。Email:lyang0227@163.com

  • 中图分类号: TP702

Optical design and optimization of a mid-infrared plane grating spectrometer system

  • 1.

    Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Science,Hefei 230031,China;

  • 2.

    University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

  • 摘要: 利用红外热电堆阵列探测器作为光接收器,以小型化且能满足一定光谱工作范围和光谱分辨率为设计指标,根据光谱仪器设计理论和像差理论,设计了一种Czerny-Turner结构中红外平面光栅光谱仪。系统采用双离轴抛物面镜作为前置光路缩减了光学系统尺寸,采用超环面聚焦镜校正了像散。运用ZEMAX设计软件对中红外平面光栅光谱仪的前置光路、色散成像系统进行设计、优化和分析。最终分析结果表明,该系统光谱工作范围为8.04~13.96 m,光谱分辨率优于80 nm,F数为2,光学结构特征尺寸约为150 mm200 mm70 mm,满足设计指标。
    Abstract: Using the infrared thermopile array in the system as light receiver, with miniaturization and meet the requirements of certain spectral working range and spectral resolution as the system design task, according to the theory of spectrometer and the aberration, a mid-infrared plane grating spectrometer based on the structure of Czerny-Turner was designed. A double off-axis parabolic reflector was used as the fore-optical system to reduce the size of other optical elements, the toroidal focusing mirror was adopted to correct astigmatism. The ZEMAX software was applied to design, optimize and analyze the fore-optical system, imaging system of the spectrometer. Final analysis results show that the spectrometer system working range from 8.04 um to 13.96 um, spectral resolution is better than 80 nm, F number is 2, optical size of the system is 150 mm200 mm70 mm, and satisfy the design task.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-03-26
  • 修回日期:  2014-04-28
  • 刊出日期:  2015-02-25

中红外平面光栅光谱仪系统光学设计与优化

  • 1. 中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031;
  • 2. 中国科学院大学,北京100049
    • 作者简介:

    刘洋(1986-),男,博士,主要从事光机系统设计方面的研究。Email:lyang0227@163.com

  • 收稿日期: 2014-03-26
  • 修回日期: 2014-04-28
  • 刊出日期: 2015-02-25
基金项目:

国家自然科学基金(41175037)

  • 中图分类号: TP702

摘要: 利用红外热电堆阵列探测器作为光接收器,以小型化且能满足一定光谱工作范围和光谱分辨率为设计指标,根据光谱仪器设计理论和像差理论,设计了一种Czerny-Turner结构中红外平面光栅光谱仪。系统采用双离轴抛物面镜作为前置光路缩减了光学系统尺寸,采用超环面聚焦镜校正了像散。运用ZEMAX设计软件对中红外平面光栅光谱仪的前置光路、色散成像系统进行设计、优化和分析。最终分析结果表明,该系统光谱工作范围为8.04~13.96 m,光谱分辨率优于80 nm,F数为2,光学结构特征尺寸约为150 mm200 mm70 mm,满足设计指标。

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