论文题目: 集成二维多光栅光谱成像系统的研制及其应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学
作者: 韩涛
导师: 陈良尧
关键词: 单色仪,光谱仪,二维,光栅,红外
文献来源: 复旦大学
发表年度: 2005
论文摘要: 通过对包含丰富信息量的光谱特征进行分析和研究，可深刻理解众多信息光电子功能材料的结构和特性，所产生的现代光谱分析原理和方法在现代科学技术的许多领域获得了越来越广泛的应用，促进了信息技术的发展。针对高精度快速获取光谱的应用特点，本论文主要对集成二维多光栅成像光谱系统进行了研究，分别完成了新型面阵式CCD探测器型多光栅光谱分析和集成多光栅结构的高分辨快速红外光谱分析系统。论文对实验光谱分析系统的基本原理、设计和制备过程及其在在椭圆偏振光谱分析和高性能光电子薄膜生长系统中的应用进行了研究。本论文的主要内容如下：第一章介绍了光谱学原理及其实验系统发展的历史，以及在现代科学技术领域中的应用，对实验光谱系统的基本原理、基本结构和特点进行了有重点的叙述。第二章主要讨论了构成现代光谱系统的若干重要元器件的工作原理和结构，包括了关键的光栅等色散元件光栅，以及重要的光电探测器件，如CCD探测器和InGaAs光电二极管探测器等，还包括了滤色片和光谱系统的基本机构等内容。第三章详细介绍了本论文所研究和设计的新型面阵式CCD探测器型多光栅光谱分析系统，包括了实验原理、系统结构，以及实现多块光栅集成的光谱分析的具体方案等内容。研究中采用光谱折叠的方式，克服了面阵CCD探测器信号接受面有限张角的限制，实现了光谱的快速分析，并对光谱系统的实验测试结果进行了分析和讨论。第四章详细描述了本论文所研制的具有集成多光栅结构的高分辨快速红外光谱分析系统，可用于现代光通讯领域中的光谱信息的快速检测和分析。研究中采用了一个由五块子光栅组成的集成光栅结构和五个InGaAs红外线阵探测器，组成一个完整的装置，满足了宽波长区、高分辨率和快速光谱测量的要求，同时避免了机械扫描结构，使系统具有长时间工作稳定性、数据读取的高可靠性和快速读取数据等优点。该系统可用于高性能光电子功能薄膜的原位特性监控生长，包括对由四分之一波长和非四分之一波长光学厚度组成的混合薄膜结构的复杂特性进行实时监控。第五章进一步讨论了两种光谱分析系统在椭圆偏振光谱仪和高性能薄膜器件生长系统中的应用。详细介绍了将面阵式CCD探测器型多光栅光谱分析系统用于快速椭圆偏振光谱测量的实验装置，给出了系统的设计原理、结构和调试等过程，以及介绍了将集成二维多光栅快速红外光谱分析系统用于高性能光子薄膜器件制备的实验装置。
论文目录:
论文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1.1 光谱仪器的发展与应用
1.1.1 光谱仪器的发展
1.1.2 现代光谱分析系统的分类
1.1.3 光谱仪器的应用范围
§1.2 本文工作的研究目的和意义
1.2.1 课题的可行性及背景
1.2.2 课题的意义、目的
1.2.3 课题的创新点
参考文献:
第二章:光谱分析的基本元件简介
§2.1 衍射光栅的基本工作原理
2.1.1 衍射光栅的发展史和分类
2.1.2 反射衍射光栅基本方程:
2.1.3 衍射光栅的色散
2.1.4 光谱线的级数
2.1.5 闪耀光栅
2.1.6 利托结构(Littrow Condition)
2.1.7 光栅效率
2.1.8 杂散光
2.1.9 光栅的高分辨及其相关问题
§2.2 线阵面阵固体探测器
2.2.1 基本原理
2.2.2 前照式(Front Illminated)CCD:
2.2.3 背照式(Back Illminated)CCD:
2.2.4 修饰栅级(open Electrode)CCD:
§2.3 滤波元件的作用
§2.4 实验光谱系统的基本结构
2.4.1 Fastie-Ebert结构
2.4.2 Czerny-Turner(C-T)结构
2.4.3 数值孔径
2.4.4 分辨率和带宽
2.4.5 阵列探测器象数点位置与波长的关系
参考文献:
第三章:新型面阵式CCD探测器型多光栅单色仪
§3.1 引言
§3.2 实验原理
3.2.1 闪耀光栅
3.2.2 CCD探测器
3.2.3 光学系统
§3.3 光谱仪实现与结果分析
3.3.1 光谱测量
3.3.2 光谱分析与信号处理
§3.4 结论
参考文献:
第四章:多光栅集成结构的高分辨快速红外光谱仪研究
§4.1 研究背景
4.1.1 DWDM技术简介
4.1.2 高性能光学薄膜的制备
§4.2 光学系统
4.2.1 原理
4.2.2 光学系统
§4.3 数据采集
4.3.1 多道探测器
4.3.2 数据采集卡
4.3.3 软件分析
§4.4 结果与讨论
4.4.1 谱线定标与谱线测量
4.4.2 分辨本领与分析
4.4.3 像差讨论
§4.5 结论
参考文献:
第五章:两种光谱仪在椭圆偏振和DWDM薄膜生长监控中的应用
§5.1 CCD椭圆偏振光谱仪
5.1.1 系统的光路及其控制结构
5.1.2 系统的光路及其机械部分的建立
5.1.3 系统的定标测量与讨论分析
5.1.4 结论
§5.2 实时监控镀膜仪
5.2.1 原位光谱监控方法的薄膜生长系统
5.2.2 AFDS-1100高性能薄膜生张系统
5.2.3 薄膜生长的监控过程
5.2.4 结论
参考文献:
第六章:结论
附录一:
附录二:
附录三:
致谢
发布时间: 2007-06-28
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