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宽谱段高分辨扫描光谱定标技术

迟明波 韩欣欣 徐阳 舒风风 吴一辉

迟明波, 韩欣欣, 徐阳, 舒风风, 吴一辉. 宽谱段高分辨扫描光谱定标技术[J]. 中国光学, 2020, 13(2): 249-257. doi: 10.3788/CO.20201302.0249
引用本文: 迟明波, 韩欣欣, 徐阳, 舒风风, 吴一辉. 宽谱段高分辨扫描光谱定标技术[J]. 中国光学, 2020, 13(2): 249-257. doi: 10.3788/CO.20201302.0249
CHI Ming-bo, HAN Xin-xin, XU Yang, SHU Feng-feng, WU Yi-hui. Broad band and high resolution scanning spectrum calibration technology[J]. Chinese Optics, 2020, 13(2): 249-257. doi: 10.3788/CO.20201302.0249
Citation: CHI Ming-bo, HAN Xin-xin, XU Yang, SHU Feng-feng, WU Yi-hui. Broad band and high resolution scanning spectrum calibration technology[J]. Chinese Optics, 2020, 13(2): 249-257. doi: 10.3788/CO.20201302.0249

宽谱段高分辨扫描光谱定标技术

doi: 10.3788/CO.20201302.0249
基金项目: 

国家自然科学基金项目 61605198

国家自然科学基金项目 6172780105

吉林省科技发展计划项目 20180520230JH

详细信息
    作者简介:

    迟明波(1987-), 男, 山东烟台人, 博士, 副研究员, 2010年于中国科学技术大学获得学士学位, 2013年、2017年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所分别获得硕士、博士学位, 主要从事生物细胞拉曼光谱鉴别、原子发射光谱等应用光谱分析技术及阿达玛编码光谱仪、受激拉曼光谱仪等光谱分析仪器研究。E-mail:chimb@sklao.ac.cn

    吴一辉(1965-), 女, 浙江温州人, 博士, 国家二级研究员, 中国科学院特聘研究员, 博士生导师, 1996年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位, 主要从事微光机电系统技术的研究。E-mail:yihuiwu@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: TP394.1;TH691.9

Broad band and high resolution scanning spectrum calibration technology

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61605198

National Natural Science Foundation of China 6172780105

Science and Technology Development Project of Jilin Province 20180520230JH

More Information
  • 摘要: 为了满足原子发射光谱仪在紫外至近红外宽谱段范围内的高光谱分辨率快速检测需求,采用精密角位移平台直接驱动光栅,配合面阵探测器,实现高精度光谱分段快速扫描探测。但在扫描过程中,探测器像元波长增量与光栅转角呈非线性关系,且不同像元的波长增量不同,这对该光谱仪波长定标造成障碍。为校正光栅色散的非线性,基于光栅方程精确计算光栅转角与探测器首尾两端像元波长的映射关系,针对同一光栅转角,探测器其余像元波长利用首尾像元波长按照局部线性色散规律计算得到,从而完成全谱段光谱定标。依据定标所得转角与探测波段对应关系依次驱动光栅转动,实现宽谱段范围内的分段高精度光谱快速扫描探测。利用汞灯光源对该定标方法的波长检测精度进行检验,在200~800 nm的宽谱段范围内,波长准确度优于0.018 nm,波长重复性优于0.001 nm。
  • 图  1  宽谱段高分辨光谱扫描分析系统

    Figure  1.  Spectral scanning system with broadband and high resolution

    图  2  光栅色散及扫描原理

    Figure  2.  Grating dispersion and spectral scanning principle

    图  3  光谱定标数据

    Figure  3.  Spectral calibration data

    图  4  相邻波段扫描策略

    Figure  4.  Scanning strategy for adjacent bands

    图  5  波长定标函数及正弦拟合

    Figure  5.  Wavelength calibration function and sine fitting

    图  6  探测汞灯光谱

    Figure  6.  Detected spectrum of mercury lamp

    表  1  550~600 nm波段定标结果

    Table  1.   Results of calibration at 550~600 nm

    定标序号 光栅转角/(°) 起始像元波长/nm 终止像元波长/nm 像元分辨率/pm
    1 61.608 6 545.720 3 552.749 3 6.87
    2 61.185 4 552.756 1 559.743 6 6.83
    3 60.762 9 559.750 4 566.696 1 6.79
    4 60.341 1 566.702 8 573.606 5 6.75
    5 59.92 573.613 2 580.474 5 6.71
    6 59.499 6 580.481 2 587.299 8 6.66
    7 59.079 9 587.306 4 594.082 6.62
    8 58.660 9 594.088 7 600.821 6.58
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    表  2  波长精度测试结果

    Table  2.   Wavelength accuracy test results (nm)

    标准波长 测试波长一 测试波长二 测试波长三 波长准确度 波长重复性
    253.652 253.655 253.655 253.655 0.003 < 0.001
    404.656 404.675 404.674 404.674 0.018 0.001
    546.074 546.091 546.091 546.091 0.017 < 0.001
    576.96 576.967 576.967 576.967 0.007 < 0.001
    763.511 763.515 763.515 763.515 0.004 < 0.001
    800.616 800.62 800.62 800.62 0.004 < 0.001
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-27
  • 修回日期:  2019-09-29
  • 刊出日期:  2020-04-01

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