利用泽尼克系数求取衍射光栅的分辨本领.pdfVIP

第32卷，第1期 光谱学与光谱分析 2 o1 2年1月 and SpectroscopySpectralAnalysis January，2012 利用泽尼克系数求取衍射光栅的分辨本领 于海利1’2，齐向东1，巴音贺希格1，唐玉国1 1．中国科学院长春光学精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 摘要光栅分辨本领检测设备的焦距通常达几米甚至十几米，采用直接测量法难度大、成本高，利用衍射 波前间接求取光栅分辨本领是解决该问题的有效途径之一。在光栅光谱成像傅里叶变换理论基础上，建立 了利用泽尼克多项式拟合系数求解衍射光栅分辨本领的归一化模型，揭示了光栅衍射波前与分辨本领的求 取关系，提出了依据泽尼克多项式拟合系数求取衍射光栅分辨本领的新方法。根据该方法实测了一块衍射 光栅的分辨本领，并与直接测量法进行对比测试。结果表明该方法误差小于4．42％，降低了分辨本领的测 试难度，是衍射光栅分辨本领求取的有效手段，应用于zY(如干涉仪等仪器中，通过简单的波前测试即可 得到定量的衍射光栅分辨本领指标。 关键词衍射光栅；分辨本领；衍射波前；泽尼克多项式 中图分类号：C1433．4文献标识码：A 本领测量，需要测量仪器口径近1m[…，加之很高的面型精 引 言 度要求，测量仪器的制作变得极为困难、昂贵，测量很不方 便。因此，光栅的制作和使用者试图找到一种光栅分辨本领 近年来，随着高分辨探测器技术日益成熟[1]，极大地促 间接测试的方法，可避免专用测试仪器的局限性。 进了光栅光谱仪在工业、农业、生物医药、食品卫生、国防 光谱仪从原理上讲是对入射狭缝成像的过程，光栅的波 安全等各领域中的应用[2。5]。衍射光栅是光谱仪器的核心色前质量影响仪器的成像质量，决定了仪器能够达到的最高分 散元件，其分辨本领直接决定了光谱仪器的性能，为了适应 辨本领。根据该原理，中国科学院长春光学精密机械与物理 光栅批量化生产、检验的需求，有必要开展便捷、低成本的 研究所为满足批量检测的要求，采用干涉测量法定性描述光 衍射光栅分辨本领测量方法研究[6]。 栅分辨本领[9’1“。具体方法是，利用zYG0干涉仪测试光栅 目前，光栅分辨本领直接测量法主要有两种，分辨谱线 衍射波前，如果莫尔条纹平直等距，则说明分辨本领高；反 对法和谱线半宽度测定法[7]。分辨谱线对法是在光栅使用波 之，则说明分辨本领低，但无法得到确切值。鉴于此，开展 段范围内，拍摄选定的若干对已知元素的光谱，如果能将这 了光栅衍射波前求解分辨本领的研究，并提出了利用泽尼克 些谱线对区分，则可以根据谱线对宽度计算光栅分辨本领。 拟合系数求取光栅分辨本领的间接测量法。结果表明，该方 该测定方法是一种半定量的测定法，因为所拍摄的谱线对或 法为光栅分辨本领的快速、定量测量提供了一种有效途径。 超精细光谱是有限的，光谱间隔也不一定很合适，只能说实 际分辨本领优于此数，而不是最高分辨本领；谱线半宽度测 1利用泽尼克拟合系数求取光栅分辨本领原 定法是基于瑞利判据的一种测试方法，易于进行分辨本领的 理 定量测量。在利用该方法获得确切的光栅分辨本领过程中， 要求使用光谱线的线宽及测量线宽时引进的光谱仪器误差均 1．1分辨本领定量求取的归一化计算式 远小于光栅实际分辨本领，这就使得测量仪器焦距通常长达 从麦克斯韦电磁方程组出发，基于严格的惠更斯原理和 几米甚至十几米。用于天文观测的大口径中阶梯光栅的分辨 夫琅和费衍射公式Ⅲ1，可得利用光栅衍射波前用于求解衍 收稿日期：2011一03—21。修