1 上海理工大学 教育部光学仪器与系统工程研究中心，上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
3 上海光学仪器研究所，上海 200093
高衍射效率的凸面闪耀光栅是高光谱分辨率成像光谱仪的核心分光元件，其制作方法包括机械刻划法、电子束直写法、X射线光刻法、全息离子束刻蚀法等，其中全息离子束刻蚀法因为具备良好的各向异性，不受尺寸与曲面形状限制，杂散光低，完全没有鬼线，制造时间短等优点成为现今光栅制造领域常用方法之一。传统全息离子束刻蚀凸面光栅时基底的弯曲会导致槽形闪耀角的不一致性，并且在制作小闪耀角凸面光栅时基底表面会有部分区域无法被刻蚀和槽形曲面不连续的现象，而摆动刻蚀凸面闪耀光栅可以克服上述缺点。对全息离子束刻蚀方法制作凸面闪耀光栅多方面进行了综述。
凸面光栅 全息离子束刻蚀 闪耀角 convex grating holographic ion beam etching blazed angle
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 上海光学仪器研究所，上海 200093
介绍了基于同心结构的凸面光栅成像光谱仪的研究背景、设计方案和结构特点，综述了凸面光栅同心结构成像光谱仪在国内外目前主要的五种结构类型，包括Offner型、非共面型、折反射型、+1级衍射型、自由曲面型。总结了五种结构类型的优点和缺点，对研发新一代具有高成像质量、高分辨率、高衍射效率、大相对孔径、长狭缝、宽波长范围的轻小型成像光谱仪具有重要的指导意义。
成像系统 成像光谱仪 凸面光栅 同心结构 光学设计 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0900002
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
拉曼散射分析通常使用多谱线He-Ne激光器作为光源。通过建立多谱线He-Ne激光器腔内棱镜组件的有限元模型, 并进行热变形分析, 得到了棱镜组件的热变形位移结果。讨论了在棱镜角度改变时多谱线He-Ne激光器输出谱线的变化情况, 通过实验进一步验证了仿真结果的准确性。结果表明: 多谱线He-Ne激光器长时间工作会使温度升高, 严重影响其腔内棱镜的偏转角度, 使得其输出谱线发生一定的漂移。当腔内温度继续升高到一定值时会导致激光器不出光, 此时, 应当采取散热装置或者温度控制措施。
多谱线He-Ne激光器 有限元 棱镜组件 热变形 拉曼散射 multi-line He-Ne laser finite element analysis prism assembly thermal deformation Roman scattering
上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海市现代光学系统重点实验室， 教育部光学仪器与系统工程中心， 上海 200093
针对通信波段设计并制作了楔形波导层的导模共振滤波片（GMRF），分析并研究了其光谱特性。采用三角掩模板的方法进行离子束刻蚀，刻蚀一定次数后获得楔形波导层。光栅线条方向分为平行于和垂直于楔形波导层变化的方向。实验结果表明，对于两种结构，共振峰的位置与滤波片上的位置呈近似线性关系。光栅刻槽平行于楔形层变化的方向时共振峰的半峰全宽较光栅刻槽垂直于楔形层变化的方向时大。最终在20 mm的样品上，获得了线性渐变的Ta2O5楔形薄膜，其反射谱在1560~1600 nm范围内近似于线性变化。
光谱学 导模共振滤光片 楔形波导层 离子束刻蚀 中国激光
2016, 43(10): 1011001
上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
为了获得消像差Offner成像光谱仪, 以三镜系统为基础综述了Offner成像光谱仪的各种消像差方法, 介绍了由两块不同曲率半径凹面镜与凸面光栅构成的Offner成像光谱仪和狭缝与刻槽成不同方向的Offner成像光谱仪的消像差方法, 并得到面内结构及正交结构两种成像光谱仪结构, 其中正交结构在消像差方面更具优势, 为获得高质量Offner成像光谱仪提供了理论基础。
光学设计 消像差结构 像差理论 Offner成像光谱仪 凸面光栅 optical design eliminating aberration structure aberration theory Offner imaging spectrometer convex grating
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，教育部光学仪器与系统工程中心
2 上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
研究了Offner型成像光谱仪消像差结构的参量和性能.用几何法推导出Offner型成像光谱仪的波长使用范围、系统线色散以及光谱分辨率的计算公式；在理想像差条件下，分析了Offner型成像光谱仪光谱分辨率与入射狭缝的宽度、凸面光栅分辨率和探测器像元尺寸各个因素之间的关系;探讨了提高光谱分辨率采用的方法和技术，解决了光谱仪的各个参量和光谱分辨率之间的矛盾.研究表明：当系统像差很小可忽略时，通过减小狭缝宽度，有利于提高光谱分辨率； Offner型成像光谱仪的分辨率由入射狭缝宽度、光栅和CCD像元尺寸三者中分辨本领最低的参量确定.
光栅光谱仪 波长范围 光谱分辨率 凸面光栅 Offner结构 Grating spectrometer Wavelength range Spectral resolution Convex grating Offner configuration
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海200093
针对Offner双镜三反射成像光谱仪的消像差结构,采用几何方法推导出光谱分辨率的计算公式,分析了入射狭缝的宽度、凸面光栅分辨率、系统像差和探测器像元尺寸各个参数对光谱分辨率的影响,提出了分光系统像差的计算方法和优化设计方法,并探讨了提高光谱分辨率的方法和技术,即在优化系统像差的同时,适当减小狭缝宽度和探测器像元尺寸,有利于提高系统的光谱分辨率。该系统利用消像差优化设计同时考虑光谱分辨率的设计方法,具有十分重要的实用价值,为成像光谱仪的研制提供经验和借鉴。
光栅光谱仪 光谱分辨率 Offner结构 同心光学系统 grating spectrometer spectral resolution Offner configuration concentric optical system
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
在分度运动控制系统中以 DMC2210控制卡为核心, 采用光栅尺为分度运动反馈器件, 实现了高精度的实时监测反馈。针对工作台“过冲”现象进行了两方面的分析优化: 一方面, 分析了步进电机减速方式对刻划效果的影响, 通过分段减速初步改善了工作台“过冲”现象; 另一方面, 分析并模拟了弹簧 (联接工作台和分度丝杠螺母)刚度对工作台“过冲”问题的影响, 更换大刚度弹簧后, 很大程度改善了工作台“过冲”现象。改进后对光栅刻线密度为 79 g/mm的中阶梯光栅进行了多次刻划试验, 计算的机器分度精度均在 5 nm以内, 选取其中一组较好的数据 (机器分度精度为 2.887 nm)与之前多次刻划试验中较好的一组数据 (机器分度精度为 7.759 nm)进行了比较, 结果表明刻划机分度精度得到很大的提高。
光栅尺 过冲 弹簧刚度 分度精度 linear encoder overshoot spring’s stiffness indexing precision
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海200093
为了实现更宽波段范围内的全谱直读并获得较高的分辨率,对中阶梯光栅光谱仪的分光系统进行了研究。简述了中阶梯光栅与中阶梯光栅光谱仪的基本原理,分析了中阶梯光谱仪和普通光谱仪的区别,详细论述了一种利用中阶梯光栅作为主要分光元件,棱镜作为交叉色散原件的中阶梯光栅分光光路的设计方法,并最终在探测面上得到了可探测分析的二维谱图。通过对设计过程的详细论述,可以为今后从事中阶梯光栅光谱仪光学设计的研究者提供参考。
中阶梯光栅 光谱仪 二维光谱 交叉色散 echelle grating the echelle spectrograph two-dimensional spectrum cross dispersion
1 上海市现代光学系统重点实验室，教育部光学仪器与系统工程中心
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
以往检测衍射光栅波前时，需自行搭建检测光路，且搭建过程中由于元件较多，造成系统精度难以保证，得到的测量结果不够理想。针对这些问题，本文提出基于 GPITMXP/DX型 ZYGO干涉仪搭建检测光路，并对平面衍射光栅及凹面衍射光栅的衍射波前进行了检测，得到参考光与衍射光的干涉条纹及相关信息，拓展了 ZYGO干涉仪的用途。利用传统的干涉检测法，检测时，干涉仪与标准透镜及反射镜配合使用，标准镜精度接近 λ/40，干涉腔精度为 λ/20。检测得到平面光栅一级衍射光与参考光的干涉条纹及光栅的衍射波前，分析比较了两种检测凹面光栅的方法。与以往检测光栅波前装置相比，本文提出的测量装置精度高、安装简单，不需要搭建专门的波前检测装置，便于重复测量，得到的结果可靠性高。
ZYGO干涉仪 光栅 衍射波前 干涉条纹 ZYGO interferometer grating diffraction wavefront interference fringe
