变间距光栅设计、制作及其在位移传感器中的应用研究

变间距光栅设计、制作及其在位移传感器中的应用研究

论文摘要

自从19世纪末Henry Rowland发明衍射光栅刻划机和凹面光栅分光装置以来,光栅分光仪器就已成为光谱分析领域的主角。光栅是光谱分析研究中的重要色散元件,其作用与棱镜相似,但在许多方面光栅的性能更好,并且使用方便。在许多光谱仪器中,光栅成本仅占总成本的一小部分,但衍射光栅的质量却从根本上决定了整个系统所能达到的光谱性能。 理论分析表明,有目的的改变光栅的线密度分布(即周期分布)或者改变光栅基底的面形,有可能使光栅具有自动聚焦和消像差的能力,从而可以减少系统中的光学元件,提高仪器的分辨率。变间距光栅(Variable-Line-Space Gratings或Varied-Line-Space Gratings,简称VLS光栅)也叫做消像差光栅,其线密度分布一般用线密度分布方程来表示,它直接影响VLS光栅的聚焦性能和像差两个主要参数。广义上任何变周期的光栅都可以称为VLS光栅。VLS光栅在19世纪末就被提出,上世纪五六十年代激光的出现,使我们可以利用全息的方法来制作VLS光栅。目前VLS光栅已广泛应用于同步辐射光束线、光纤通信、光电探测、等离子体物理研究、空间光谱仪、表面干涉计量等领域,深入研究VLS光栅的设计、制作及其应用,具有非常重要的意义。 国外研究VLS光栅已经有多年的历史,国内相关研究很少,其设计、制作以及应用仍需进一步研究。本文第二章介绍了衍射光栅原理、分类及其应用简介。在第三章中,我们简述了以光程函数为基础的全息变间距光栅几何理论,研究利用遗传算法对全息VLS光栅光路进行优化计算,推导出了目标函数的积分形式;计算了球面波干涉及球面波与非球面波干涉情况下的全息记录参数,给出了线密度误差曲线;分析了记录参数误差对线密度分布的影响;由于一维线密度分布方程相同的VLS光栅,其刻线弯曲程度可能会有很大的差异,因此还研究了不同记录参数情况下的刻线弯曲程度,并给出了用于评价光栅刻线弯曲程度的表达式,指出球面波与非球面波干涉得到的光栅线条并不一定比球面波干涉得到的线

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • §1.1 引言
  • §1.2 衍射光栅发展简史
  • §1.3 VLS光栅研究现状
  • §1.4 各章主要内容
  • 参考文献
  • 第二章 衍射光栅原理与应用简介
  • §2.1 衍射光栅的基本原理
  • 2.1.1 光栅方程
  • 2.1.2 光栅的参数和特征
  • 2.1.2.1 色散
  • 2.1.2.2 分辨率
  • 2.1.2.3 衍射效率
  • 2.1.2.4 闪耀
  • 2.1.2.5 伪谱线
  • 2.1.2.6 自由光谱区
  • 2.1.3 光栅衍射的解释
  • §2.2 衍射光栅分类与应用简介
  • 2.2.1 衍射光栅分类
  • 2.2.2 衍射光栅应用简介
  • 参考文献
  • 第三章 变间距光栅全息曝光光路优化设计
  • §3.1 引言
  • §3.2 全息变间距光栅的几何理论
  • §3.3 变间距光栅全息光路的优化计算
  • 3.3.1 目标函数的推导
  • 3.3.2 优化计算
  • 3.3.2.1 用于位移传感器的VLS光栅
  • (1) 球面波干涉
  • (2) 球面波与非球面波干涉
  • 3.3.2.2 用于消像差的VLS光栅
  • (1) 球面波干涉
  • (2) 球面波与非球面波干涉
  • 3.3.3 记录参数误差影响
  • §3.4 全息平面VLS光栅刻线弯曲程度分析
  • 3.4.1 刻线弯曲程度函数的推导
  • 3.4.2 刻线弯曲程度分析
  • §3.5 全息平面VLS光栅线密度分布方程系数研究
  • §3.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 变间距光栅制作
  • §4.1 引言
  • §4.2 用于位移传感器的VLS光栅制作
  • 4.2.1 VLS光栅制作流程
  • 4.2.2 VLS光栅实际制作光路
  • 4.2.3 VLS光栅制作
  • §4.3 用于消像差的VLS光栅制作工艺初探
  • 4.3.1 衍射光栅像差理论简介
  • 4.3.2 球面波干涉制作消像差VLS光栅
  • 4.3.3 球面波与非球面波干涉制作消像差VLS光栅
  • §4.4 两个相关问题
  • 4.4.1 干涉条纹稳定性
  • 4.4.2 VLS光栅线密度分布的检测方法
  • §4.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 变间距光栅位移传感器研究
  • §5.1 引言
  • §5.2 VLS光栅位移传感器原理与系统结构
  • 5.2.1 VLS光栅位移传感器原理
  • 5.2.2 VLS光栅位移传感器系统结构
  • §5.3 VLS光栅位移传感器测试方法与测试系统
  • §5.4 VLS光栅位移传感器测试结果与分析
  • 5.4.1 位移分辨率测试
  • 5.4.2 衍射波长曲线和位移误差曲线
  • §5.5 VLS光栅位移传感器位移误差分析
  • 5.5.1 平移偏移
  • 5.5.2 旋转偏移
  • §5.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第六章 总结与展望
  • 攻读博士学位期间发表的相关论文
  • 致谢
  • 相关论文文献

    • [1].基于二维光栅的四通道完全垂直光学接口[J]. 聊城大学学报(自然科学版) 2020(02)
    • [2].光栅阵列测振系统研究[J]. 传感技术学报 2020(05)
    • [3].一种应用在增强现实领域的倾斜液晶/聚合物体光栅的制备[J]. 液晶与显示 2020(10)
    • [4].基于写入型光盘反射式相位光栅的衍射特性[J]. 常州大学学报(自然科学版) 2020(05)
    • [5].立体光栅壁纸的结构、原理与制造[J]. 纸和造纸 2015(11)
    • [6].浅析光栅立体印刷的应用[J]. 湖南包装 2015(03)
    • [7].一种设计环形汇聚光栅反射镜的新方法[J]. 物理学报 2014(24)
    • [8].倾斜交错狭缝光栅的设计[J]. 福建师范大学学报(自然科学版) 2015(01)
    • [9].等效相移光栅反射光谱特性的研究[J]. 光电技术应用 2015(03)
    • [10].基于平行光栅反射镜对的半导体激光合束系统的研究[J]. 应用激光 2020(04)
    • [11].基于偏振光栅的一维集成成像双视3D显示[J]. 红外与激光工程 2020(01)
    • [12].光栅式测微仪检定指示类量具检定仪示值误差的不确定度评定[J]. 计量与测试技术 2020(08)
    • [13].基于长周期光栅对医用超声波检测的研究[J]. 中国科技信息 2020(20)
    • [14].液晶光栅的技术进展及应用[J]. 数字通信世界 2019(01)
    • [15].全新增量式光栅,安装简便,专为设备制造商量身打造[J]. 计量技术 2018(08)
    • [16].光子晶体光纤重叠光栅理论模型与光谱特性研究[J]. 物理学报 2016(20)
    • [17].径向光栅莫尔条纹在高精度测角中的应用分析[J]. 科技经济导刊 2016(28)
    • [18].虚拟光栅的可视化生成软件设计[J]. 信息技术 2014(12)
    • [19].基于光栅效应的信息隐藏技术研究[J]. 北京化工大学学报(自然科学版) 2015(05)
    • [20].精彩预告[J]. 现代制造 2020(10)
    • [21].高稳定性阵列光栅拼接架设计与验证[J]. 中国激光 2012(02)
    • [22].大口径光栅拼接架动力响应控制分析[J]. 光学学报 2011(01)
    • [23].用于傅里叶变换轮廓术的多频光栅设计方法的研究[J]. 光学仪器 2010(05)
    • [24].新款超紧凑光栅[J]. 航空制造技术 2009(20)
    • [25].基于TMS320F2812的光栅细分卡的设计[J]. 红外与激光工程 2008(S1)
    • [26].线性啁啾光栅的特性分析及仿真[J]. 甘肃科技 2008(08)
    • [27].安全光栅在冲压生产中的应用研究[J]. 工业安全与环保 2008(05)
    • [28].基于光栅阵列的城市轨道列车定位与测速方法[J]. 光子学报 2019(11)
    • [29].基于矢量光栅数据的3D地质勘探研究[J]. 电子设计工程 2017(07)
    • [30].一种改进的双频光栅测量技术[J]. 科技创新与应用 2016(11)

    标签:;  ;  ;  ;  ;  ;  

    变间距光栅设计、制作及其在位移传感器中的应用研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢