宽光谱、高分辨、高速光谱获取和分析技术在光电子材料、太阳能、化学、生物医学、环境、国防等领域具有重要的研究意义和应用价值,是现代光谱分析仪器的核心。为了实现宽光谱、高分辨率和快速的光谱测量和分析,在本研究中,突破传统单光栅和棱镜等色散元件有限色散角和光谱效率的限制,采用二维CCD面阵光电探测技术,将具有不同闪耀角和色散特性的10光栅进行集成组合,在200-1000nm光谱区,获得10重折叠光谱,成像在CCD面阵探测器的焦平面上,从而将光谱的有效探测区长度扩展了10倍,达到268mm。经系统定标后,测量结果显示,无需任何机械位移部件,新的光谱分析系统可达到优于0.1nm的分辨率,能够在0.1s时间内完成200-1000nm全光谱数据的快速获取和分析,将能够在科学研究和高科技领域获得重要应用,体现了高性能光谱分析技术研究和发展的趋势。

给出了一种椭圆偏振光谱的快速测量方法,并使得实验系统的结构更为紧凑和小型化,减轻了重量. 研究中采用了由面阵型CCD探测器和平面多光栅组成的光谱仪,无需光栅扫描,就能够在很短时间内对光谱进行快速准确的数字凝视式成像,光谱分辨精度优于1.0nm,显著提高了系统工作的可靠性和效率. 系统采取了将CCD光谱仪后置的方式,研究并解决了从物理光学原理、器件设计和加工、系统调试和定标、软件编制以及到光谱测量和数据分析等一系列问题. 实验中对典型贵金属Au的光学常数谱进行了测量,获得了满意的结果.

研制了一种采用面阵式高精度CCD探测器和多光栅结构的新型单色仪,该单色仪采用了多块平面光栅结构的光谱分析系统,无需任何机械转动和位移器件,并采用面阵式高精度CCD光谱探测器,对光谱进行快速准确的数字成像,在很宽的光子能量范围内(200～1100nm)实现对光谱的快速测量和分析,适用于各种光电子实验对象的光谱学分析,光谱分辨精度优于1.0nm.解决了二维光谱探测区的数字化光谱定标,建立了探测象素随波长和能量非线性分布的数学模型.

针对传统光栅单色仪的工作缺陷,采用一个高精度细分步进马达,实现了3个不同光谱区之间光栅的自动转换、波长扫描和滤色片置换等功能.新设计研制的单色仪具有结构简单、工作可靠、光谱范围宽等优点,其原理和方法可在光电子领域获得重要应用.

介绍了椭圆偏振测量的基本物理原理。基于目前教学型椭圆偏振光谱仪多为单波长消光式,而且自动化程度不高,测量误差较大等现状,提出了一种反射式同时旋转起偏器和检偏器的动态光度式全自动椭圆偏振光谱仪,包括其工作原理与系统结构,最后,阐述了该光谱仪的实验应用结果。实验系统结构简单、集成度高、成本低、精度高、易于操作。