针对微型光谱仪难于兼顾光谱分辨率和光谱范围的问题,提出一种级联微型法布里-珀罗干涉仪和微型曲面光栅光谱仪的设计方法。分析了两种光谱仪匹配设计的条件以及级联光学系统的光谱特性,并提出了一种光谱数据重构算法。用ZEMAX软件设计了一款激光拉曼光谱仪,该光谱仪的尺寸为25 mm×6 mm×6 mm,数值孔径为0.22,拉曼光谱范围为150~3200 cm -1,光谱分辨率约为6 cm -1。仿真了标准拉曼光谱信号的扫描过程,并用长度为2.4 mm的线阵探测器对光谱信号进行采样,重构的拉曼光谱分辨率约为6.4 cm -1,与标准拉曼光谱的偏差为0.4 cm -1,验证了该设计方法和重构算法的可行性。同时,该光谱仪可以基于微机电系统工艺实现微型化和低成本化,满足手持式、便携式光谱检测和工业在线光谱检测的应用需求,具有较高的实际应用价值。

提出了一种制作曲面变间距光栅的方法.首先在平面基片上制作光栅,然后通过一种高分子材料(PDMS)作为载体将光栅转移到曲面上,而事先涂在曲面上的混合溶胶-凝胶取代了传统的光刻胶,使得光栅的制作效率大大提高.采用这种方法在曲率半径为100 mm的凹球面基底上制作了平均线密度为80 l/mm的光栅,并用环境扫描电镜以及数字图像处理法检测了光栅的线密度分布.检测结果表明:光栅质量好,条纹清楚,衍射效率也没有降低.所制曲面光栅具有平面光栅和透镜两种光学器件的功能,可用曲面变间距光栅一种光学元件取代透镜和平面光栅两种光学元件,简化了光路,提高了制作效率,降低了成本.