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新型紫外可见分光光度计光源光学系统的研究与设计

作　者: 尹扬岚
导　师: 黄元庆
学　校: 厦门大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: PW法 Zemax 双椭圆腔
分类号: TH741
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 445次
引　用: 5次
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内容摘要

经过了近一百年的发展,紫外可见分光光度计在各个领域已经是不可或缺的一种分析仪器。紫外可见分光光度计的小型化势在必行,新颖的小型化光路设计才能满足仪器的需要。本课题是厦门分析仪器厂委托厦门大学机电工程系开发的项目《新型紫外分光光度计》,本论文负责的是宽波段(200nm～1100nm)光源光学系统的设计。论文设计了两套光学系统,满足仪器需求。论文的主要研究工作:1、对紫外可见分光光度计的国内外发展现状以及对其各个组成部分进行了介绍研究,同时介绍了国外一些小型光源产品的情况。2、对组成光源光路的各个组成部分进行了详细介绍和描述,并从中选取了可以为我们仪器所用的器件,灯源选择了氘钨灯的组合。3、在光路设计方面,采用PW法设计了一种双胶合透镜的初始结构,满足钨灯的光源光学系统设计的要求,同时根据椭圆反射面的光学特性设计了一个椭圆反射面,能够很好地校正色差和其余各种像差,光源光路总体体积较小,满足仪器小型化的设计。4、利用Zemax光学设计软件,对初始结构的设计进行了计算机仿真,深入分析了产生的各种像差,并进行了优化设计。同时还利用Zemax优化设计了一种双分离透镜,可以用于代替双胶合透镜。模拟了光源光路的整体结构,分析了像差以及传递函数等各种曲线。设计了一种新颖的双椭圆腔的结构,并进行了计算机模拟。采用光纤耦合的方式,将光学系统所得到的光能送入光纤。5、最后,对课题设计的光源光学系统进行了实验,得到了较满意的实验结果,证明了设计的可行性。同时论文还分析了系统的不足之处,提出了改进的方法。本文的主要特色:1、采用氘灯和钨灯的组合,满足宽波段200nm～1100nm的要求。2、第一种设计方案利用双胶合透镜和背透式氘灯简化光路设计,采用椭圆反射面很好地校正了像差,规模化生产可以降低系统的成本。3、第二种设计方案的双椭圆腔结构能够充分利用灯源的能量,而且结构紧凑,为日后小型化的紫外分光光度计光源设计提出了一个新型的结构。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-23
  1.1 紫外可见分光光度计简介  12-13
  1.2 紫外分光光度计的研究现状  13-19
    1.2.1 紫外可见分光光度计国内外研究现状  13-17
    1.2.2 小型光源研究现状  17-19
  1.3 紫外分光光度计各组成部分简介  19-21
  1.4 选题的背景及意义  21-22
  1.5 论文的主要工作  22-23
第二章光学系统的原理分析  23-44
  2.1 分光光度计测量原理  23-24
  2.2 折反射系统原理  24-26
  2.3 透镜材料及参数  26-29
    2.3.1 光学材料主要特性参数  26-27
    2.3.2 各种光学材料特性  27-28
    2.3.3 光学材料的选择  28-29
  2.4 反射镜  29-33
  2.5 像差  33-35
    2.5.1 像差计算的谱线选择  33
    2.5.2 光学像差的影响  33-34
    2.5.3 光谱仪器的像差校正  34-35
  2.6 光学系统的像质评价  35-44
第三章光源光学系统各个组成部分  44-61
  3.1 灯源的比较和选择  44-49
  3.2 膜层的比较和选择  49-50
  3.3 光纤  50-52
  3.4 光学软件介绍及选择  52-61
    3.4.1 最有影响力的几种光学设计CAD软件简介  52-55
    3.4.2 Zemax中用到的主要功能介绍  55-61
第四章初始结构的设计  61-68
  4.1 PW法求解透镜初始结构  61-65
  4.2 椭圆反射面设计  65-67
  4.3 光源光学系统的整体结构  67-68
第五章 Zemax设计、仿真及优化  68-88
  5.1 双胶合透镜的仿真及优化  68-75
  5.2 双分离透镜计算机优化设计  75-79
  5.3 椭圆反射镜  79-81
  5.4 光源光路的整体表现及比较  81-85
  5.5 双椭圓腔结构  85-88
第六章实验平台  88-91
第七章结论和展望  91-92
参考文献  92-94
致谢  94
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  94

新型紫外可见分光光度计光源光学系统的研究与设计

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