论文摘要
本文分析并研究了国家计量检定规程JJG178-2007《紫外、可见、近红外分光光度计检定规程》,制定了本文紫外、可见、近红外微型光谱仪的设计标准,提出了高性能指标、高稳定性、工业级微型光谱仪的设计要求。然后,分电路、光学、机械、软件四部分设计并实现了短焦交叉非对称Czerny-Turner微型光谱仪与长焦交叉对称Czerny-Turner微型光谱仪。最终,对两款光谱仪主机完成了加工、安装、调试和性能测试。详细研究了微型光谱仪中的光谱预处理技术。深入研究了微型光谱仪中消除高级次衍射光谱的技术,建立了衍射光谱级次分布的理论模型,创新性地提出了多膜系阶跃型滤光片的设计方法与制备工艺,运用光学刻蚀技术配合多次镀膜工艺将其实现,取得了良好的实验效果。基于微型光谱仪中衍射光谱级次分布的模型,提出了数字式消除高级次衍射光谱的方法。运用短波通滤光片配合宽光谱光源实验测定了微型光谱仪的衍射次级效率比,实现了数字式消除高级次衍射光谱,在光谱效率上相较多膜系阶跃型滤光片的方法更具有优势。分析并研究了光谱仪内的杂散光定义,运用照明模拟软件分析微型光谱仪杂散光的分布并研究了消除杂散光的方法,实现了光谱仪杂散光的定量测试,测定结果显示,光谱仪杂散光水平超越了设计标准的最高标准。研究了微型光谱仪的非线性校正方法,提出了基于增益的非线性校正方法和基于光强的非线性校正方法,创新性地运用双芯光纤实现了光谱仪非线性系数的测量。深入研究了微型光谱仪的定标技术。分析了基于多项式拟合波长定标方法的精度与弊端。开拓性地建立了基于光谱仪系统参数的波长定标模型,运用优化算法计算光谱仪实际系统参数,实现了波长定标精度的量级上的增强。根据波长定标的需要,研究并实现了光谱自动寻峰技术。研究了微型光谱仪的绝对辐射定标技术,将光谱分辨率与积分时间的影响加入到绝对辐射定标模型中,最终运用理想灰体光源实现了基于微型光谱仪的绝对辐射测量。研究了光谱仪测量系统中光束结构对光谱仪测量精度的影响。设计并实现了基于光纤准直镜和微型光谱仪的单光束光谱检测系统,运用该系统实际测定了重铬酸钾标准溶液的透过率谱,验证了检测系统的光度准确性。基于单光束光谱仪和双光束光谱仪的优缺点,设计并实现了一种双光束光路结构的微型光谱仪检测系统,开创性地运用双芯光纤和面阵CCD探测器将检测的参考光与样品光同时接收并显示。运用光学CAD设计软件分析并设计了消除像散光学元件（柱面镜）与双光束分离系统；运用照明模拟软件分析了双光束光谱仪系统的可行性和准确性。最终,加工并装调成功双光束微型光谱仪检测系统,并实现了两路光束的同时显示与标准透过率溶液的测量。