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械結構的限制,無法達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構,設計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。對于步進電機直接驅(qū)動光柵的結構,其掃描速度相比傳統(tǒng)的絲桿結構有了明顯的提高,但在高細分狀態(tài)下步進電機運行狀態(tài)不穩(wěn)定,造成整個波長掃描系統(tǒng)的精度下降。在研究了步進電機和諧波電機的工作性能后,設計了采用壓電諧波電機直接驅(qū)動光柵的波長掃描方案。經(jīng)過實驗測試其波長準確

2、度為±0.4nm,波長重復性為±0.5nm。為了進一步提高波長掃描的精度,通過對莫爾條紋技術的研究后,創(chuàng)新設計了運用莫爾條紋光柵尺對光柵轉(zhuǎn)動進行實時監(jiān)控的掃描系統(tǒng)。該系統(tǒng)由步進電機帶動絲桿,絲桿滑塊在帶動光柵轉(zhuǎn)動的同時帶動光柵尺平移,通過莫爾條紋技術測量滑塊的平移量,并運用莫爾條紋的高精度的特點來反饋光柵的轉(zhuǎn)動情況,以提高系統(tǒng)的性能。經(jīng)過測試,其波長準確度為±0.15nm,波長重復性為±0.15nm。運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構和工作原理后,設計了采用激光、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構和方法。經(jīng)過測試,掃描波長準確度±0.20nm,重復性≤0.20nm,掃描速度為20s/幅光譜。三種方案中運用莫爾條紋技術和多邊形棱柱鏡的設計性能最佳,并且多邊形棱柱鏡的結構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)的設計和改進尋找了一