高精度测温拉曼激光雷达光谱仪的光学设计.docxVIP

第26卷第8期2018年8月

光学精密工程

OpticsandPrecisionEngineering

Vol.26No.8Aug.2018

文章编号1004-924X(2018)08-1904-06

高精度测温拉曼激光雷达光谱仪的光学设计

刘洋1,2*,张天舒1,赵雪松1,项衍1,2,邓潘1,2,3,吕立慧1,2

(1.中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031;

2.中国科学技术大学，安徽合肥230036;

3.电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽合肥230037)

摘要：为了抑制边缘纯转动拉曼光谱成像偏差，提出了一种高精度测温拉曼激光雷达光谱仪光学系统设计。该系统利用非球面透镜组对光谱仪成像球差进行校正，针对光谱仪10mm/nm的线分辨率要求，采用双光栅结构设计并对测温拉曼光谱仪各参数进行光线追迹，拟合得到双光栅的入射角、准直镜焦距和聚焦镜焦距的最优值。将拟合最优化结果代入Zemax软件进行优化分析，结果显示单个成像光谱成像宽度控制在0.7715mm,间隔0.1nm的纯转动连续光谱成像中心间隔可以达到1mm,满足了线阵探测器对成像质量的要求。通过计算在J=6级的纯转动拉曼后向散射信号对瑞利-米散射信号实现了108抑制，达到了高精度纯转动拉曼激光雷达测温的目的，解决了目前双光栅光谱技术无法达到提取355nm波段纯转动拉曼高光谱精度的要求，对测温拉曼激光雷达的技术发展有着深远的意义。

关键词：拉曼激光雷达；双光栅光谱仪；闪耀光栅；线分辨率

中图分类号：TN959.6文献标识码：Adoi:10.3788/OPE1904

Opticaldesignandanalysisoflaserradarspectrometerwithhighaccuracy

LIUYang1.2·,ZHANGTian-shu1,ZHAOXue-song,XIANGYan1·2,DENGPan123,LULi-hui12

(1.AnhuiInstituteofOpticsandFineMechanics,ChineseAcademyofSciences,Hefei230031,China;

2.UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230036,China;

3.StateKeyLaboratoryofPulsedPowerLaserTechnology,ElectronicEngineeringInstitute,Hefei230037,China)

*Correspondingauthor,E-mail:yangliu@aiofm.ac.cn

Abstract:Thispaperpresentstheopticalsystemdesignforahighprecision,temperaturemeasuring,Ramanlidarspectrometer.Usinganasphericlensgrouponanimagingspectrometerwithsphericalaberrationcorrection,theresultsshowthatthepurerotationalRamanspectrumimagingdeviationcanbeeffectivelysuppressed.The10mm/nmlineresolutionrequirementsforahighprecisionspectrome-ter,withadoublegratingstructuredesign,andthetemperatureparametersofaRamanspectrometerforraytracing,arefittedwithadoublegratingincidenceangle,andoptimalvaluesf