Повышение спектрального разрешения многощелевого спектрометра с дифракционной решеткой для спектроскопии с пространственным разрешением
Another Title
Increasing of Spectral Resolution of Multislit Imaging Spectrometer with Diffractive Grating
Bibliographic entry
Гулис, И. М. Повышение спектрального разрешения многощелевого спектрометра с дифракционной решеткой для спектроскопии с пространственным разрешением = Increasing of Spectral Resolution of Multislit Imaging Spectrometer with Diffractive Grating / И. М. Гулис, А. Г. Купреев // Приборы и методы измерений : научно-технический журнал. – 2018. – Т. 9, № 4. – С. 296-305.
Abstract
Для спектроскопии с пространственным разрешением представляет интерес регистрация нестационарных процессов, в частности мгновенная гиперспектроскопия, позволяющая получать куб данных I(x,y,λ) в одном акте измерения. Целью работы являлось повышение спектрального разрешения в приборах для спектроскопии с пространственным разрешением, в которых пространственная фильтрация изображения объекта осуществляется многощелевой маской, в качестве диспергирующего элемента используется дифракционная решетка (что обеспечивает практически неизменную дисперсию в рабочем спектральном диапазоне), а проекция куба данных представляется в виде совокупности локальных спектров от отдельных фрагментов объекта. Изображение на детекторе формируется телецентрической системой из двух объективов, настроенных на бесконечность и расположенных так, что их передние фокусы совпадают. Размещенная в точке совпадения фокусов диафрагма пропускает лишь пучки нужного порядка, что в совокупности с полосовыми светофильтрами на входе устраняет типичную для систем с дифракционной решеткой проблему отсечения всех порядков дифракции кроме рабочего. Предложенный подход реализован
в двух разработанных схемных решениях спектрометров: в первом телецентрическая система построена на основе двух многолинзовых изображающих объективов, во втором – на основе внеосевых параболических зеркал.
В рамках данной работы предложены варианты оптимизации схемных решений, предусматривающие обеспечение нормального падения световых пучков на маску, а также компенсацию кривизны поля изображения, что позволяет повысить разрешение системы и расширить область применения рассмотренных схемных решений многощелевых дисперсионных спектрометров; рассмотрено схемное решение, представляющее собой синтез обоих подходов. Согласно результатам моделирования, полуширина пятен рассеяния в направлении дисперсии Δl ≤ 10 мкм, лишь
в отдельных точках поля Δl ≤ 15 мкм, что соответствует пределу спектрального разрешения δλ ≤ 10 нм на диапазоне 450–750 нм.
Abstract in another language
Registration of non-stationary processes, namely snapshot hyperspectral imaging that allows to capture data cube I(x,y,λ) in one measurement act, is of interest for imaging spectroscopy. The purpose of the work is increasing of spectral resolution of imaging spectrometers with spatial filtering of object image using multislit mask, where a diffractive grating is used as disperser (providing almost constant dispersion in working spectral range), and the data cube is projected on a detector as a set of local spectra from object fragments. An image is formed on detector by a two-objective telecentric system composed from two lenses focused on infinity so that their front focuses are matched. A diaphragm in the match point allows passing only for beams of needed diffraction order, so along with a bandpass filter near the system entrance they solve a typical problem of diffractive systems – elimination of beams of all orders but a needed one. The approach
is implemented in two proposed designs of spectrometers: in the first a telecentric system is based on two multi-lens imaging objectives, in the second – is based on two reflective off-axis parabolic objectives. In this paper we proposed variants for optical design optimization: normalization of beam incidence on a mask and field curvature compensation; they allow to increase system resolution and to extend application area of multislit dispersive spectrometers; also a design being a synthesis of these two approaches is analyzed. According to simulation results, width on half-maximum in dispersion direction Δl ≤ 10 μm, only for limited field points set Δl ≤ 15 μm, that stands for spectral resolution limit δλ ≤ 10 nm on 450–750 nm range.
View/
Collections
- Т. 9, № 4[8]