1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学,安徽 合肥 230031
单色仪作为一种分光仪器, 在传感器的辐射定标等方面具有重要应用。在实际应用过程中, 其波长和带宽的设置对传感器的精确定标具有重要影响。使用低压汞灯作为波长标准光源, 通过对其特征谱线扫描的方法, 研究了传感器定标过程中, 设置单色仪不同的狭缝宽度, 对传感器精确定标具有重要影响。结果显示, 当出射入射狭缝相同, 同时改变其宽度的情况下, 与典型校准状态(出射入射狭缝宽度设置为0.5 mm)相比, 波长偏差量达到0.17 nm; 当入射狭缝与出射狭缝不一致时, 与典型校准状态相比, 波长偏差量达到0.18 nm; 当光源未充满入射狭缝与充满入射狭缝相比, 最大误差达到0.02 nm, 该影响几乎可以忽略。在相关的传感器光谱辐射定标实验研究中, 单色仪的定标精度和准确性评估等方面具有重要应用。
单色仪 波长带宽 波长校准 单色仪狭缝 monochromator wavelength bandwidth wavelength calibration monochromator slit
1 中国科学院光电研究院投影光学室, 北京 100094
2 北京市准分子激光工程技术研究中心, 北京 100094
3 中国科学院大学, 北京 100049
准分子激光绝对波长校准技术中,参考中心波长位置抖动是影响校准精度的主要因素,寻峰算法是解决这类问题的有效途径。通过仿真和实验研究比较了5种寻峰算法,结果显示,高斯非线性曲线拟合寻峰法误差最小,算法平均误差为0.15 pm。通过研究强度阈值对5种寻峰算法的影响,明确了阈值优化对减小寻峰算法误差的重要性。选取各算法最佳强度阈值来优化算法,结果表明,高斯非线性曲线拟合寻峰算法的误差最低为0.04 pm,平均算法误差为0.06 pm,选取该寻峰算法作为绝对波长校准核心算法,能满足校准精度要求。通过对影响算法的误差原因进行分析,证明噪声大小是影响高斯非线性曲线拟合寻峰算法误差的主要因素,进一步提升校准精度须从抑制噪声角度出发。
光谱学 准分子激光器 绝对波长校准 寻峰算法 高斯非线性曲线拟合
1 湖北工业大学 机械工程学院, 湖北 武汉 430068
2 湖北省现代制造质量工程重点实验室, 湖北 武汉 430068
表面形貌测量在光学元件加工制造和表面功能特性评定等方面有着非比寻常的意义。设计一种三波长轮换的表面形貌测量系统, 与传统的白光相移干涉扫描等方法相比较, 能够有效扩大测量深度以及形貌精度。多波长测量中波长带来的误差会极大的影响测量的精度, 需要准确的校准波长。围绕三波长轮换表面形貌干涉测量系统, 提出了利用平面镜干涉图校准三个滤光片波长的方法。通过对粗糙度样本的测量实验及计算结果显示: 用校准后的波长计算标准方波样板得到的表面粗糙度数据与未使用为校准波长测得的结果相比其精度提高了1.3%, 与标准数据相比较其相对误差仅为4.1%。
光学测量 表面形貌 多波长 相位差 波长校准 optical measurement surface topography measurement multi wavelength phase difference wavelength calibratio
1 江西科技师范大学光电子与通信重点实验室, 江西 南昌 330038
2 南昌大学机电工程学院, 江西 南昌 330031
针对平面和凹面反射式光栅型光谱仪分光光路(SLP)，存在像差大、谱面平直度差和衍射效率不高等不足，设计了一套基于体相位全息透射式(VPHT)光栅的分光光路。在理论探讨的基础上通过数值仿真模拟了VPHT光栅的衍射效率情况；为了充分验证所设计光路的可行性，实验中通过光谱定标验证了光路的光谱分辨率优于2 nm，通过最小二乘线性拟合算法得到定标波长与对应探测像元的校准关系式，对635 nm 波长采用多次测量取平均值，测试结果表明波长绝对误差为0.37 nm，整个定标波长点的均方根误差(RMSE)为0.3 nm；另外，使用了多项式拟合算法建立了200~800 nm 光谱范围内的波长偏移量与对应衍射波长的关系式，能较好地解决分光光路中波长校正的问题。
光谱学 光谱仪 分光系统 光栅 波长校准
中国计量科学研究院 光学与激光计量科学研究所, 北京 100013
单色仪在实际光谱测量前需要进行波长校准。文中分析了波长驱动原理, 并推导了Czerny-Turner双光栅单色仪出射波长与步进电机脉冲数的关系式。在此基础上进行了波长校准实验。使用低压汞灯作为校准光源, 在紫外波段和可见波段蓝端, 扫描多条低压汞灯特征谱线, 得到单色仪的指示波长与信号强度的关系数据。计算出单色仪出射这些谱线时使用的波长修正量。最后使用曲线拟合方法得到250 nm～450 nm光谱范围内单色仪出射任意波长时对应修正量的计算式。波长校准保证了单色仪的波长准确性。
Czerny-Turner单色仪 波长驱动 波长校准 Czerny-Turner monochromator wavelength driven wavelength calibration
1 中国科学院长春光学机密机械与物理研究所， 吉林 长春130033
2 中国科学院研究生院， 北京100049
研究了Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准技术。 结合单色仪的结构参数和特点， 提出以符合光栅方程的正弦曲线作为仪器出射波长的校准方程， 基于最小二乘法原理给出校准方程的拟合残差表达式， 由于校准方程的非线性， 应用二维Nelder-Mead单纯形法求解拟合残差的待定系数， 建立了波长与光栅转角的精确表达式， 并通过实验验证了该算法的准确性。 结果表明， 经过校准的单色仪波长定位精度小于0.1 nm， 比设计要求提高一个数量级。 该方法在Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准过程中， 应用简单， 容易实现， 只需稍加修改步进电机的控制程序， 即可完成对仪器出射波长的快速实时校准， 实用性强。
光栅单色仪 Czerny-Turner结构 波长校准 Nelder-Mead单纯形法 Grating monochromator Czerny-Turner structure Wavelength calibration Nelder-Mead simplex method 光谱学与光谱分析
2012, 32(4): 1127
1 山东工商学院 信息与电子工程学院，山东 烟台 264005
2 驻天水地区军代室，陕西 宝鸡 721000
基于线列光探测器件的光谱仪具有多光谱通道探测的优点，以及其在物质光谱分析中担当的重要角色。分析了基于线列光探测器件光谱仪的波长准确度问题，提出利用激光诱导击穿原子光谱丰富波长校准特征波长谱线的思想。实验选用光谱波长范围为200 nm～600 nm的凹面光栅光谱仪、2048元焦平面的CCD器件和低压汞灯，分别对铜、铝、镁、钙、硅等5种样品进行了激光诱导击穿光谱试验；利用选取的10条激光诱导原子光谱波长数据并结合低压汞灯的10条特征谱线对光栅光谱仪重新进行波长校准，获取的试验数据有力地证明了这种思想的可行性。
光谱仪 光探测器 波长校准 激光诱导 spectrometer optical detector wavelength calibration laser-inducing
提出了一种利用标准参考光谱进行波长校准的方法。实验中利用由宽带光源和光纤可调谐滤波器组成的可调谐光源分别扫描了参考光谱和传感光栅的光谱。在参考通道，ITU标准参考模块的输出是具有固定波长的梳状光谱。利用高斯拟合算法计算出由标准参考透射谱峰值输出的对应的驱动电压，通过样条插值函数获得了滤波器输出波长与驱动电压的关系。计算光栅反射谱峰值对应的驱动电压，利用上面获得的滤波器输出波长与驱动电压的关系式可以计算出传感光栅的Bragg波长。实验结果表明，在较大的波长范围内实现了对多个传感光栅的波长校准，减小了由滤波器非线性输出造成的测量误差，具有较高的重复性。
光纤Bragg光栅 分布式传感器 波长校准 FBG distributed sensors wavelength calibration
1 中国科学技术大学,国家同步辐射实验室,安徽,合肥,230029
2 高能物理研究所,北京,100049
设计并给出了用于同步辐射光束线波长标定和分辨本领测量的小型气体电离室.研究了厚度约为1μm的聚丙烯膜窗和厚度为0.1μm的Si3N4膜窗的真空隔离性能和透光性能,给出了实验数据.实验结果显示:两种膜窗均能承受100Pa的压力,聚丙烯窗在5 nm波长的透过率约为80%,Si3N4窗在7 nm波长的透过率为15%.此外,给出了用该电离室调试表面物理和磁性圆二色两条光束线的气体谱线.结果表明,该可移动小型气体电离室的性能达到了设计和使用要求.
气体电离室 光束线 分辨本领 波长校准
