光譜光柵儀中高精度快速波長掃描方法的研究.pdf

1、傳統(tǒng)光柵掃描式光譜儀器由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制,無法達(dá)成高精度波長掃描和高速掃描的統(tǒng)一。本論文針對傳統(tǒng)的光柵光譜的掃描結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了三種不同的光柵光譜波長掃描方案來提高波長掃描系統(tǒng)的性能。對于步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動光柵的結(jié)構(gòu),其掃描速度相比傳統(tǒng)的絲桿結(jié)構(gòu)有了明顯的提高,但在高細(xì)分狀態(tài)下步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定,造成整個波長掃描系統(tǒng)的精度下降。在研究了步進(jìn)電機(jī)和諧波電機(jī)的工作性能后,設(shè)計(jì)了采用壓電諧波電機(jī)直接驅(qū)動光柵的波長掃描方案。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試其波長準(zhǔn)確

2、度為±0.4nm,波長重復(fù)性為±0.5nm。為了進(jìn)一步提高波長掃描的精度,通過對莫爾條紋技術(shù)的研究后,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了運(yùn)用莫爾條紋光柵尺對光柵轉(zhuǎn)動進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控的掃描系統(tǒng)。該系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)帶動絲桿,絲桿滑塊在帶動光柵轉(zhuǎn)動的同時帶動光柵尺平移,通過莫爾條紋技術(shù)測量滑塊的平移量,并運(yùn)用莫爾條紋的高精度的特點(diǎn)來反饋光柵的轉(zhuǎn)動情況,以提高系統(tǒng)的性能。經(jīng)過測試,其波長準(zhǔn)確度為±0.15nm,波長重復(fù)性為±0.15nm。運(yùn)用光柵尺傳感器的波長掃描系統(tǒng)雖然精

3、度較高,但是成本也偏高。為此,在研究了多邊形棱柱反射鏡的結(jié)構(gòu)和工作原理后,設(shè)計(jì)了采用激光、位置敏感探測器PSD以及底面為正多邊形的旋轉(zhuǎn)棱柱反射掃描鏡的全新主動光電掃描反饋光柵角度位置的結(jié)構(gòu)和方法。經(jīng)過測試,掃描波長準(zhǔn)確度±0.20nm,重復(fù)性≤0.20nm,掃描速度為20s/幅光譜。三種方案中運(yùn)用莫爾條紋技術(shù)和多邊形棱柱鏡的設(shè)計(jì)性能最佳,并且多邊形棱柱鏡的結(jié)構(gòu)相對于前者在成本上有大幅的降低。本論文為高精度光譜掃描系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)尋找了一