第２６卷第４期２０１５年１２月
中国计量学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ ＭｅｔｒｏｌｏｇｙＶｏｌ．２６Ｎｏ．４
Ｄｅｃ．２０１５
【文章编号】 １００４－１５４０（２０１５）０４－０４３５－０７ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ
．ｉｓｓｎ．１００４－１５４０．２０１５．０４．００９【收稿日期】 ２０１５－０９－１１ 《中国计量学院学报》网址：ｚｇｊｌ．ｃｂｐｔ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ【基金项目】 浙江省科技厅公益技术应用研究项目（
Ｎｏ．２０１４Ｃ３１１１４）．【作者简介】 王 璐（１９９０－）
，女，新疆维尔族自治区乌鲁木齐市人，硕士研究生，主要研究方向为微型光纤光谱仪光学设计．Ｅ－ｍ
ａｉｌ：ＬｕＬａ＿Ｗ＠１２６．ｃｏｍ通讯联系人：裘燕青，男，副教授．Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｙｑｈｚ＠ｃｊ
ｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ微型紫外光纤光谱仪的光学
系统设计及性能检测
王 璐１，裘燕青１，周盛华１，王成群２
（１．中国计量学院光学与电子科技学院，浙江杭州３１００１８；
２．浙江理工大学信息学院，浙江杭州３１００１８
）【摘 要】 采用非对称交叉的切尼尔－特纳（Ｃ－Ｔ）光路结构，设计了一种微型紫外光纤光谱仪的光学系统．用ＺＥＭＡＸ对光路进行仿真、像质评价和优化，对各类像差进行校正．同时，对不同狭缝尺寸和光栅常数的光谱仪理论分辨率进行了分析．当采用３０μｍ狭缝和１ ８００线／ｍｍ光栅时，模拟光学系统在１８０～２７０ｎｍ光谱范围内整体分辨率优于０．５ｎｍ，在１８０ｎｍ附近最高分辨率达到０．１ｎｍ．最后，基于该光学设计研制了一台光谱仪样机，在使用交流电弧激发金属纯铁样品的条件下，对原子发射光谱进行了检测．【关键词】 光谱仪；紫外光谱；光学设计；ＺＥＭＡＸ软件【中图分类号】 ＴＨ７４４ 【文献标志码】 Ａ
Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇ
ｎ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｉｎｉａｔｕｒｅ ＵＶ ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ ｓｐ
ｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒＷＡＮＧ Ｌｕ１，ＱＩＵ Ｙａｎｑｉｎｇ１，ＺＨＯＵ Ｓｈｅｎｇｈｕａ１，ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎｇｑ
ｕｎ２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎａ Ｊｉｌｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ
Ｓｃｉ－Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ＵＶ ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｃｒｏｓｓｅｄ Ｃｚｅｒｎｙ－Ｔｕｒｎｅｒ（Ｃ－Ｔ）ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＺＥＭＡＸ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｉｍａｇｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｌｉｔ ｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ０．５ｎｍ ａｔ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒａｎｇｅ ｏｆ １８０～２７０ｎｍ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｌｉｔ ｗａｓ ３０μｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｌａｎａｒ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｇｒａｔｉｎｇ ｗａｓ １ ８００ｇｒｏｏｖｅｓ／ｍｍ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗａｓ ０．１ｎｍ ａｔ １８０ｎｍ．Ａ ＵＶ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｗａｓ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ ｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎ．Ｗｅ ｔｅｓｔｅｄ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＡＣ ａｒｃ ｅｘｃｉｔｅｄ ｉｒｏｎ ａｔｏｍｉｃ ｓｐｅｃｔｒｕｍ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ；ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｓｐｅｃｔｒｕｍ；ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ；ＺＥＭＡＸ ｓｏｆｔｗａｒｅ
近年来，微型光纤光谱仪的快速发展使其在环境监测、农产品／食品检验、生物医学检测，以及地质／矿业勘探、航空航天等领域的应用得以全面铺开和延伸［１－４］．目前最常见的光纤光谱仪的波长范围是４００～１ １００ｎｍ，可以探测可见光和一部分近红外的光．光栅、狭缝和光电探测器的类型与参数会影响光谱范围，使用新型的光电探测器可以使光谱范围拓宽至１８０～２ ５００ｎｍ，即覆盖紫外、可见和近红外波段．
紫外光谱仪的工作波长范围通常为１８０～４００ｎｍ，多用于原子发射或吸收光谱等检测领域．例如在对物质元素的发射光谱进行分析时，需要找出元素的最灵敏线（即第一激发态的共振线），一般来说，绝大多数具有中等激发能的元素，其灵敏线分布于近紫外区域［５－６］．在对包括碱土金属、铜分族和锌分族金属元素进行分析时，通常选择分析其灵敏度更高的原子线，可以利用紫外光谱仪对这些金属样品进行定性和定量检测．微型紫外光谱仪在某些检测条件很苛刻的特殊领域发挥着非常重要的作用，如对大气污染的监测、对火山喷射的微量气体的检测、对发动机油液中的磨损粒子进行原子发射光谱分析从而判断该发动机的性能，等等．
本文介绍一种微型紫外光纤光谱仪的光学系统设计．首先，采用非对称交叉的切尼尔－特纳（Ｃ－Ｔ）光路结构，对光学系统的结构参数进行了设计．然后，对不同狭缝宽度和不同光栅刻线下的系统理论分辨率进行了讨论．并且，用ＺＥＭＡＸ软件对光路进行了仿真、结构参数优化和像差校正，得到了较好的分辨率和光学传递特性，并使各像差控制在一定范围内．最后，在本光学设计的基础上，研制了一台微型光纤光谱仪样机，在使用交流电弧激发金属纯铁样品的条件下，对原子发射光谱进行了检测．
１ 光路结构
折叠交叉的Ｃｚｅｒｎｙ－Ｔｕｒｎｅｒ结构（图１）由光源、光纤、狭缝Ｓ、准直镜Ｍ１、光栅Ｇ、聚焦镜Ｍ２和ＣＣＤ组成，整个光路结构简单紧凑、光能利用率高［７－９］．采用非对称交叉的Ｃｚｅｒｎｙ－Ｔｕｒｎｅｒ（Ｃ－Ｔ）结构，光路结构中准直镜Ｍ１、光栅Ｇ和聚焦镜Ｍ２的偏心或倾斜增加了系统的可变参量，可有
效改善系统的成像质量和光谱强度，既能实现光学系统的微型化，又简化了光学元件的安装与调试
．
图１ 折叠交叉的Ｃｚｅｒｎｙ－Ｔｕｒｎｅｒ结构示意图
Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｅｄ
Ｃｚｅｒｎｙ－Ｔｕｒｎｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ
本文所设计的微型紫外光纤光谱仪的光路系统中，由光源发出的光通过光纤传输，经由狭缝再照射到准直镜Ｍ１上，准直后的类平行光束经由平面衍射光栅Ｇ分光，再通过聚焦镜Ｍ２成像到背照式面阵ＣＣＤ上．其中准直镜Ｍ１和聚焦镜Ｍ２均为球面反射镜，避免了透射式物镜成像光谱面不平直且影响传输光谱范围的缺点．球面反射镜的离轴可以有效地避免光线的中心遮挡，虽然离轴抛物面镜在用作准直和聚焦消像差时比球面反射镜的性能更好［１０］，但由于受到目前光学器件加工水平和加工成本的限制，还未能实现普遍使用．
２ 光学系统参数设计
综合考虑光学系统的光谱范围、成像质量、系统分辨率、光谱响应灵敏度以及光谱仪器微型化等要求［１１］，设计光学系统的初始结构参数（表１），入射狭缝为３０μｍ（多尺寸可选：５、１０、２０μｍ），准直物镜Ｍ１和聚焦物镜Ｍ２的曲率半径ｒ１＝ｒ２＝２２０ｍｍ，平面光栅选择１ ８００线／ｍｍ，闪耀波长为２５０ｎｍ，ＣＣＤ像敏面有效长度为２８．６２７ｍｍ，充分利用ＣＣＤ的全部像素，可以得到较宽的波长范围．
６
３
４中 国 计 量 学 院 学 报第２６卷
表１ 结构参数
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐ
ａｒａｍｅｔｅｒｓ ｍｍ
元器件曲率半径厚度口径半径狭缝Ｓ １１０ ０．０１５准直镜Ｍ１－２２０－９９ １２．５光栅Ｇ无限大６８ １２．５聚焦镜Ｍ２－２２０－１０５．５
２５ＣＣＤ
无限大
１４．３３６
３ 光谱仪系统理论分辨率分析
光谱仪的分辨率是衡量光谱仪器性能的重要指标之一，它表征光谱仪能够分开波长极为相近的两谱线的能力．影响光谱仪分辨率的原因有以
下几点［１２－
１３］：１）入射狭缝宽度；２
）光栅的分辨本领（衍射现象）；３）系统有效焦长；４）探测器像元尺寸；５
）系统像差等．通常，用瑞利（Ｒａｙｌｉｅｇｈ）提出的仅考虑衍射现象的理论分辨率来讨论系统的分辨本领．瑞利认为，当一条谱线的衍射主极大，恰好落在另一条谱线的衍射第一条暗线上时，可认为这两条谱线刚刚被分辨开．通过公式（１）可计算光谱仪的理论分辨率，表明光栅光谱仪的理论分辨率等于光谱仪的角色散率与有效孔径在色散平面内的乘积
［７］
，与光栅常数ｄ、所选取光谱级数ｍ和准直镜
Ｍ１的孔径有关．
一般选取第一级光谱检测时，系统的分辨率取决于物镜孔径与光栅常数的比，在选取１
８００线／ｍｍ的光栅和孔径为２５ｍｍ的准直镜时，光谱仪系统的理论分辨率为４．５×１０３
．
Ｒ＝λδλ＝Ｄ′×ｄθ
ｄλ＝ｃｏｓθ×Ｄ×
ｍｄｃｏｓθ＝Ｄｍｄ
．（１）非对称交叉的Ｃｚｅｒｎｙ－Ｔｕｒｎｅｒ系统［１５］
中（图２），α、β分别为入射光线与准直镜Ｍ１和聚焦镜Ｍ２法线夹角，ｉ为光线到光栅的入射角，θ为衍射角．
瑞利判据对条件的要求是非常严苛的，其使用的前提条件是在理想狭缝下，即狭缝无限细的情况下，
并且两条谱线的轮廓完全相同，然而狭缝过细会牺牲光谱响应灵敏度．
实际情况中，通常定义半峰全宽值ＦＷＨＭ
（ｎｍ）
作为光谱分辨率［１３］，即一窄带谱线在光谱仪中所测得的谱线轮廓下降到最大值的一半时所对应的轮廓宽度．
它与光谱仪的光谱覆盖范围ＤＬ、
狭缝宽度ＷＳ、检测器的像元宽度Ｗｄ
及像元图２ 非对称交叉的Ｃｚｅｒｎｙ－Ｔｕｒｎｅｒ系统Ｆｉｇｕｒｅ ２ Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｃｒｏｓｓｅｄ Ｃｚｅｒｎｙ－Ｔｕｒｎｅｒ ｓｙ
ｓｔｅｍ数ｎ密切相关，其中ＲＦ为系统的分辨率因子，
由ＷＳ与Ｗｄ的比值决定［１４
］
．
Ｒ＝ＦＷＨＭ＝ＤＬｎ×Ｗｓ
Ｗｄ
×ＲＦ．（２
）式（２）中的光谱覆盖范围ＤＬ取决于光谱仪器所使用衍射光栅的反射光谱特性及探测器的光谱响应范围，具体与光谱仪聚焦镜的焦距ｆ２、衍射光栅的刻线数ｇ（ｇｒｏｏｖｅ／ｍｍ）、衍射级次ｍ、光栅衍射角θ、检测器的像元宽度Ｗｄ密切相关．
ＤＬ＝Ｗｄ×１０６
×ｃｏｓθｍ×ｇ×ｆ２
．（３）把式（３）带入式（２）
中，得到光栅光谱仪系统分辨率ＦＷＨＭ（ｎｍ），式（４）．
ＦＷＨＭ＝Ｗｄ×１０６
×ｃｏｓθｍ×ｇ×ｆ２×
ｎ×ＷＳ
Ｗｄ×ＲＦ
＝
１０６
×ｃｏｓθ×ＷＳ
ｍ×ｇ×ｆ２×
ｎ×ＲＦ．（４
）由于微型光纤光谱仪在不同环境、领域的运用中，对系统的光谱范围、分辨率、光谱响应灵敏度等性能参数要求不尽相同，设计者往往要在性能和造价的综合考虑下，选择合适的光路结构、光栅种类、光电探测器等，在此基础上设计和优化结构参数．一般取第一级光谱进行分析，即ｍ＝１，根据不同的光谱范围和分辨率要求，可选择狭缝宽度ＷＳ为１０μｍ、２５μｍ、５０μｍ、１００μｍ或无狭缝结
构等，通常用于紫外波段的光栅有１
８００ｇｒｏｏｖｅｓ／ｍｍ、２ ４００ｇｒｏｏｖｅｓ／ｍｍ等，确定好参数，设计合适的光路系统就可以算出光谱仪系统的理论分辨率．
７
３４第４期王 璐，裘燕青，等：微型紫外光纤光谱仪的光学系统设计及性能检测
４ ＺＥＭＡＸ模拟和优化光路
在对该微型光纤光谱仪的光学系统进行设计时，必须对其像差进行一定程度的校正．本光学系统选择非对称交叉的Ｃ－Ｔ结构，与传统的Ｃ－Ｔ结构相比较，折叠交叉Ｃ－Ｔ结构具有相对孔径大、聚光能力强和杂散光小的特点，同时也能满足消彗差条件，但却存在大像散的缺点［１５－１６］．研究者们提出过很多办法来校正像散，Ｍ．Ｗ．ＭｃＤｏｗｅｌｌ提出对光栅进行发散照明，利用光栅的像散来补偿两球面镜所带来的像散［１７－１８］；薛庆生等提出用超环面聚焦镜在子午方向和弧矢方向产生不同的焦长来校正像散，ｆＳ２＜ｆＴ２，从而使Δｆ≈０［１９］；Ｋｙｅ－Ｓｕｎｇ Ｌｅｅ等人提出一种在探测器前放置一块倾斜放置的柱面镜的方法来补偿像散［２０］．由于本文模拟的紫外光纤光谱仪光谱范围较窄，光路系统中可调节的参量多，所以在该波段内可以通过调整光路结构参数来优化整个系统成像质量，在一定程度上减小像散对系统成像质量的影响．采用ＺＥＭＡＸ软件对该微型光纤光谱仪的准直系统、色散系统和成像系统的光路进行了优化设计与模拟分析［５］，输入初始参数（表１），手动调整准直镜Ｍ１、光栅Ｇ和聚焦镜Ｍ２的Ｄｅｃｅｎｔｅｒ和Ｔｉｌｔ参数，并设为变量．编辑评价函数，以波长作为多重结构参数（１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０和２７０ｎｍ），设置偏心和倾斜角为变量并设定参数范围，以ＲＭＳ为优化目标．在优化光路的同时输出像质评价图表，对比分析各像质评价图表，重复以上优化操作步骤，使系统满足要求．优化完成后对像质进行评价．
该光学系统经过ＺＥＭＡＸ模拟优化后，输出３Ｄ结果（图３），所得出的像质分析图（图４－７）．
从
图３ 设计模拟的３Ｄ结果输出图
Ｆｉｇｕｒｅ ３ ３ＤＯｕｔｐｕｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
１８０～２７０ｎｍ的点列图（图４）中可以看出条纹像
斑在色散方向规则且集中，说明在优化环节球差
和慧差校正较好，能量比较集中．从光线像差光扇
图（图５）中可以看出对于整个波段来说，曲线基
本关于ＥＸ和ＥＹ对称分布，说明像差控制在容
限内．从场曲和畸变图（图６）中可以看出子午光
线和弧矢光线间的象散较小，子午方向的场曲在
可控范围之内，各种色光的畸变都比较小．从调制
传递函数ＭＴＦ图（图７）中可以看出，空间频率为
５１ｐ／ｍｍ时，传递效率５０％以上：由于理论上凹面
反射镜的反射率一般在９５％，平面衍射光栅的衍
射效率一般为２５％～４０％左右，由此计算最低光
能传递效率为η≈９５％×９５％×２５％＝２２．５％［２１］
．
图４ １８０～２７０ｎｍ的点列图
Ｆｉｇｕｒｅ ４ Ｔｈｅ ｓｐｏｔ ｄｉａｇｒａｍｓ ｏｆ １８０～２７０ｎｍ８
３
４中 国 计 量 学 院 学 报第２６卷
图５ 光线像差光扇图Ｆｉｇｕｒｅ ５ Ｒａｙ
ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ ｆａｎｓ ｐｌｏ
ｔ图６ 场曲和畸变图
Ｆｉｇ
ｕｒｅ ６ Ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖｅ ａｎｄ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｄａｔ
ａ图７ 调制传递函数ＭＴＦ图
Ｆｉｇ
ｕｒｅ ７ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｇｒａｐｈ 最后，
为了分析验证该光学系统的分辨率，分别取１８０ｎｍ、２３０ｎｍ和２７０ｎｍ附近６个每相隔０．５ｎｍ的波长点，
并对其分别列出的点列图进行分析（图８）．根据瑞利判据：当一条谱线的衍射主线极强，恰好落在另一条谱线衍射第一条暗线上时，可认为这两条谱线刚刚被分辨开．该ＺＥＭＡＸ模拟优化结果表明，本光学系统在１８０～２７０ｎｍ光谱范围内的分辨率可达到０．５ｎｍ．对１８０ｎｍ处分辨率进行分析（图９），发现其附近６个每相隔０．１ｎｍ的波长点恰能分开，
说明该光谱仪的模拟光路系统在１８０ｎｍ附近获得最佳分辨率为０．１ｎ
ｍ．
图８ １８０ｎｍ、２３０ｎｍ、２７０ｎｍ附近的点列图Ｆｉｇｕｒｅ ８ Ｔｈｅ ｓｐｏｔ ｄｉａｇ
ｒａｍｓ ｏｆ １８０ｎｍ、２３０ｎｍ、２７０ｎｍ５ 光谱仪实际性能检测
基于以上光学设计，研制了一台在紫外波段有良好光谱响应和分辨能力的微型紫外光纤光谱
仪样机．采用飞秒激光刻蚀的３０μｍ不锈钢材质
狭缝，１ ８００线／ｍｍ的平面反射光栅，所有反射镜面均镀有紫外增强铝膜．光电探测器为滨淞（Ｈａｍａｍａｔｓｕ）公司的生产的Ｓ１０４２０－１１０６－
０１背９
３４第４期王 璐，裘燕青，等：微型紫外光纤光谱仪的光学系统设计及性能检测
图９ １８０～１８０．５ｎｍ的点列图
Ｆｉｇｕｒｅ ９ Ｔｈｅ ｓｐｏｔ ｄｉａｇ
ｒａｍｓ ｏｆ １８０～１８０．５ｎｍ照式面阵ＣＣＤ，共有２ ０４８个像素，像元尺寸为１４μｍ×１４μｍ．
对光谱仪进行装调后，使用交流电弧激发纯铁，
对纯铁的激发光谱进行检测，实现了在１～２ ０４８像素范围内金属纯铁的原子发射光谱（图１０（ａ）（ｂ））．
从该图中可以看出，在光谱范围内，铁元素谱线的特征峰密集且细锐（图１０（ａ
）），把整个谱图局部放大来看，非常接近的像素点上的相邻谱线能够很好的分辨开（图１０（ｂ）），且每条特征谱线轮廓相似、对称性好．说明基于以上光学设计的微型紫外光纤光谱仪，
在对金属纯铁的原子发射光谱实际检测分析中，能够满足分辨率要求，且成像质量良好
．
图１０ 光谱仪性能测试谱图Ｆｉｇｕｒｅ １０ Ｔｅｓｔｉｎｇ
ｓｐｅｃｔｒａｌ ｇｒａｐｈ６ 结 语
本文主要介绍了一种微型紫外光纤光谱仪的光学系统设计，
并使用基于该光学设计的光谱仪系统对金属纯铁的原子发射光谱进行检测．光学设计中，采用非对称交叉的Ｃ－Ｔ光路结构，并对参数进行了设定，对光栅光谱仪系统的理论分辨率进行了讨论，分析了系统分辨率（ＦＷＨＭ）与狭缝尺寸、光栅常数之间的关系．使用ＺＥＭＡＸ软件对光路进行仿真、
优化成像质量和像质评价，当采用３０μｍ狭缝和１
８００线／ｍｍ的平面反射光栅时，模拟得出了１８０～２７０ｎｍ光谱范围内的总体分辨率优于０．５ｎｍ，最高分辨率在１８０ｎｍ处为０．１．最后利用该光谱仪系统对金属纯铁的原子发射光谱进行了检测．以后的研究方向为：减小
光路系统中像散的影响，拓宽光谱仪紫外光谱优质成像范围，提高光谱范围内的整体分辨率．
【参 考 文 献】
［１］ 苏星，
田维坚．微型光谱仪技术的实用化前景展望［Ｊ］．光谱仪器与分析，２００４（２）：１－
３．ＳＵ Ｘｉｎｇ，ＴＩＡＮ Ｗｅｉｊｉａｎ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ｓｐｅｃ－ｔｒｏｍｅｔｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｓｐｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＆Ａｎａｌｙｓｉｓ，２００４（２）：１－
３［２］ 范世福．
光谱技术和光谱仪器的近期发展［Ｊ］．现代科学仪器，２００７，１３（２）：１４－
１９．ＦＡＮ Ｓｈｉｆｕ．Ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｏｄｅｒｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，２００７，１３（２）：１４－
１９．［３］ 鞠挥，
吴一辉．微型光谱仪的发展［Ｊ］．微纳电子技术，２００３，４０（１）：３０－
３７．ＪＵ Ｈｕｉ，ＷＵ Ｙｉｈｕｉ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ｓｐ
ｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ０
４４中 国 计 量 学 院 学 报第２６卷
［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，４０（１）：３０－３７［４］ 胡松，温志渝，陈伟民，等．一种新型微步型光谱仪的设计［Ｊ］．压电与声光，２０００，２２（６）：３６３－３６６．
ＨＵ Ｓｏｎｇ，ＷＥＮ Ｚｈｉｙｕ，ＣＨＥＮ Ｗｅｉｍｉｎ，ｅｔ ａｌ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎｏｖｅｌ ｍｉｎｉ－ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ［Ｊ］．Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ＆Ａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃｓ，２０００，２２（６）：３６３－３６６．
［５］ 郭晓龙．基于面阵ＣＣＤ的微型紫外光谱仪设计［Ｄ］．杭州：浙江大学，２０１１．
ＧＵＯ Ｘｉａｏｌｏｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｒｅａ ａｒｒａｙ ＣＣＤ［Ｄ］．Ｈａｎｇｚｈｏｕ：Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒ－ｓｉｔｙ，２０１１．
［６］ 郑国经．原子发射光谱分析技术及应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１０：７－７５．
［７］ 李全臣，蒋月娟．光谱仪器原理［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，１９９９：２１－２６，４９－５４，１１２－１１５．
［８］ 王宇．小型光纤光谱仪的研究［Ｄ］．天津：天津大学，２００６．ＷＡＮＧ Ｙｕ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｍｉｎｉ ｆｉｂｅｒ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ［Ｄ］．Ｔｉａｎ－ｊｉｎ：ＴｉａｎＪｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００６．
［９］ 谢炜，裘燕青．一种微型光纤光谱仪的研制及其性能测试［Ｊ］．中国计量学院学报，２０１２（２）：１１５－１１９．
ＸＩＥ Ｗｅｉ，ＱＩＵ Ｙａｎｑｉｎｇ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｆｉｂｅｒ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＣｈｉｎａＪｉｌｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２（２）：１１５－１１９．
［１０］ 胡玉禧，周绍祥．离轴抛物面反射镜的成象特性［Ｊ］．光子学报，１９８３，１２（１）：４７－５６．
ＨＵ Ｙｕｘｉ，ＺＨＯＵ Ｓｈａｏｘｉａｎｇ．Ｉｍａｇｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｏｆｆ－
ａｘｉｓ ｐａｒａｂｏｌｉｃ ｍｉｒｒｏｒｓ［Ｊ］．Ｐｈｏｔｏｎ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９８３，１２（１）：４７－
５６．
［１１］ 褚建平．基于ＣＣＤ的小型化光谱仪的设计与研究［Ｄ］．青岛：中国海洋大学，２００７．
ＣＨＵ Ｊｉａｎｐｉｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ａ ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ｓｐｅｃ－
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第４期王 璐，裘燕青，等：微型紫外光纤光谱仪的光学系统设计及性能检测
检测纸张基本知识[] 检测纸张基本知识 纸张外包装验收 目前平版纸包装主要采用木夹板包装和木箱包装 两种基本形式。合格的平版纸，其外观包装一般均有两层以上的包装纸，再外加木板包装，用铁皮条捆紧。所用包装纸主要有蜡纸、柏油纸、牛皮纸、蛇皮纸等。在木夹板上或木箱上注明“防潮”、“勿抛”等字样，有的还注明纸张的丝缕方向。在木夹板上或木箱上还应贴上产品的合格证，并标明产品名称、规格、令重、每件令数、纸张等级、执行标准、生产日期、生产企业名称等。外包装应完好无损，不应有变形、破损。如果外包装被严重损坏，纸张暴露于包装之外，就应该毫不犹豫地拒收，或采取其他措施，避免造成不必要的损失。纸张外包装的验收是一项基本的验收，一定要严格地把握好这一关口。 去除外包装后的外观验收 去除纸张的外包装后，首先查看是否有质量检验单，然后检查纸张的纸相和色泽。 正常的纸相，其基本特点是具有良好的平整度，即纸相应是纸面平坦、端面平整。就某一张纸张而言，其纸相是否正常，相对而言判断起来较为困难，除非这张纸已经产生了严重的变形。
通常采取的办法是：解开纸包，并堆积1m高即可看出纸相是否正常。纸相不正常时则呈现出多种形状，常见的有波浪形和碟形。其他形状如山形、山谷形、角翘形、袋形、倾斜形、谷形、卷曲形、马鞍形等。 产生这些不良纸相的原因是多方面的，概括起来主要有以下几个方面：①纸张整个幅面上含水量不均匀，从而呈现不均一的局部性收缩；②纸张在抄纸过程中形成的厚度不均匀；③纸张的正反面伸缩不一致，特别是单面铜版纸更加明显。 另外，从纸堆的侧面还可看出纸张的色泽是否均匀一致。无论如何，同一批供应的纸张必须白度一致、色调均匀、色差要小。否则印刷品装订成册后，天头、地脚、切口等部位看上去就会有明显的色调分层现象。 如何检测纸张尺寸 纸张尺寸的测定按国家标准应使用长度为2m、精度为1mm的钢卷尺测量。测量时，应在同一包装中任意抽取3张试样,测量结果以所有测量值表示，准确至1mm。纸张长度尺寸允许误差为±3mm。纸张出现偏斜，会引起纸张尺寸不足或过量，造成纸张长边与短边的夹角不成直角。因此，除了测量纸张的长度尺寸外，还应对纸张的偏斜度进行测量。纸张偏斜度允许误差为3mm~5mm。 另外，纸张尺寸稳定性的大小还可用纸张的伸缩率来表示。验收纸张时可用纸张在水中的伸长率来衡量。裁取尺寸为2cm×20cm的横向纸条一张放于水中浸泡1h~2h，使之充分膨胀至尺寸不变为止，
微波的光学特性实验 2014级光电信息科学与工程李盼园 摘要 微波是一种特定波段的电磁波，其波长范围为1mm~1m。它存在明显的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。本实验主要对微波的单缝衍射、双缝干涉及布拉格衍射现象进行验证讨论。 关键词 微波、布拉格衍射、光学特性。 实验目的 1.了解微波的原理及实验装置 2.认识微波的光学特性及测量方法 3.明确布拉格公式的解释以及用微波实验系统验证该公式。 实验原理 微波是一种特定波段的电磁波，其波长范围为1mm~1m。它存在反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。但因为它的波长、频率和能量具有特殊的量值，所以它所表现出的这些性质也具有特殊性。用微波来仿真晶格衍射，发生明显衍射效应的晶格可以放大到宏观尺度（厘米量级），因此要微波进行波动实验比光学实验更直观，安全。
１.微波的单缝衍射λ 当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。缝后出现的衍射波强度并不是均匀的，中央最强，同时也最宽。在中央两侧的衍射波强度迅速减小，直至 出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时衍射角为a *sin 1λ ?-=，其中是λ波长，a 是狭 缝宽度。随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为：)43.1(sin 1a λ ?-= 。如图２－１。 图２－１ ２.微波的双缝干涉 当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭线上，则每一条狭缝就是次级波波源。由两缝发出的次级波是相干波。当然，光通过每个缝也有衍射现象。为了只研究主要是由于来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的结果，实验中令缝宽a 接近λ。干涉加强的角度为 )* (sin 1b a K +=-λ ?，其中K=1，2，...，干涉减弱角度为：
光纤光谱仪的简单介绍 光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。光纤光谱仪的优势在于测量系统的模块化和灵活性。德国MUT的微型光纤光谱仪的测量速度非常快，可以用于在线分析。而且由于采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价光纤光谱仪基本配置包括包括一个光栅，一个狭缝，和一个探测器。这些部件的参数在选购 光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。 光纤光谱仪的优势在于测量系统的模块化和灵活性。德国MUT的微型光纤光谱仪的测量速度非常快，可以用于在线分析。而且由于采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价 光纤光谱仪基本配置包括包括一个光栅，一个狭缝，和一个探测器。这些部件的参数在选购光谱仪时必须详细说明。光谱仪的性能取决于这些部件的精确组合与校准，校准后光纤光谱仪，原则上这些配件都不能有任何的变动。 m&mid dot;u·t拥有广泛的光谱仪配置选择，使其性能最大化以满足客户要求。如果这些配置不符合您的要求，我们可以根据您的要求为您量身定做。 光栅 光栅的选择取决于光谱范围以及分辨率的要求。对于光纤光谱仪而言，光谱范围通常在200nm-2200nm之间。由于要求比较高的分辨率就很难得到较宽的光谱范围；同时分辨率要求越高，其光通量就会偏少。对于较低分辨率和较宽光谱范围的要求，300线/mm的光栅是通常的选择。如果要求比较高的光谱分辨率，可以通过选择3600线/mm的光栅，或者选择更多像素分辨率的探测器来实现。 狭缝 较窄的狭缝可以提高分辨率，但光通量较小；另一方面，较宽的狭缝可以增加灵敏度，但会损失掉分辨率。在不同的应用要求中，选择合适的狭缝宽度以便优化整个试验结果。 探测器 探测器在某些方面决定了光纤光谱仪的分辨率和灵敏度，探测器上的光敏感区原则上是有限的，它被划分为许多小像素用于高分辨率或划分为较少但较大的像素用于高敏感度。通常背感光的CCD探测器灵敏度要更好一些，因此可以某个程度在不灵敏度的情况下获得更好的分辨率。近红外的InGaAs探测器
纸张性能的检测分析实验 班级：0821 一、纸张白度、定量、厚度测定 （一）纸张白度的测定 1、测定原理 我国现行白度仪采用钨灯光源，在d/0的几何条件下，光源的蓝光（主波长457nm）投射于试样上，有硒光电池接受试样漫反射的光源量，试样越白，光电池接受的光通量就越大，输出的光电流亦越大，试样的白度与光电池输出的光电流成线性关系。 2、仪器：ZB-B型白度仪 3、测定步骤 ①打开电源开关，将R457灯亮。 ②试样托上放黑筒，按调校键，再按回车键。 ③将标准板放入试样托，按调校键，再按回车键。 ④将裁切好的纸张试样放入试样托，按仪器下方的测量键，显示的结果就为试样的R457白度值。 ⑤重复④操作对一组试样多次测定，然后按平均键，最后记录数据。 4、实验结果： 白度：1=85.78% 2=85.66% 3=85.70% 4=85.98% 5=85.53% 平均为85.73% 5、结果分析： 根据国家标准：《GBT 24999-2010 纸和纸板亮度(白度)最高限量》中对涂布纸和纸板的亮度(白度)最高限量为80%以上，93%以下。 所以可以得出我们所用的涂布纸的白度为85.73%，符合国家标准，而且属于铜版纸里的A等品，白度比较高的一种，由于这种涂布纸的白度比较高，所以这种纸的光照反射率高，印迹反射率强，印品的颜色鲜艳，色偏小，灰度小，整个画面的反差大。故这种白度比较高的纸适合印刷比较高档的精细彩色印刷品。 （二）纸张定量的测定 1、仪器 用感量为0.001g的天平进行称量。 2、测定步骤 从每张试样上切取100×100mm的试样至少5张为一组，一并称重。 3、实验结果： 数量：5张100×100mm的试样总重：12.485g 故可得出：2.500g/cm 2 即：250g/㎡ 4、结果分析： 根据所学过的有关知识：定量小于250g/㎡的为纸，大于等于250g/㎡的为纸板。所以由以上测试结果可以得出：我们所测的铜版纸纸张为定量250g/㎡的纸板。
光谱仪的微小型化 微光学、微电子、微机械的结合产生出一类新的应用范围很广的器件——微型光机电系统(MOEMS)，它也是机、电、光、磁、化学、传感技术等多种技术的综合。MOEMS日益成为新的光学工具，已经对许多基于光学的仪器显示出应用前景。作为MOEMS的一种，微型光谱分析仪具有许多大型光谱仪所不具备的优点，如重量轻、体积小、探测速度快、使用方便、可集成化、可批量制造以及成本低廉等，像普通光谱仪一样微型光谱仪有着巨大的应用市场，可以应用在实验室化学分析、临床医学检验、工业监测、航空航天遥感等领域，因而引起了人们广泛的兴趣。 微型光谱仪的实现可以应用多种技术，目前常用的方法包括：采用新型滤光技术制作微型光谱仪；利用光纤的化学传感性制成光纤探针进行光谱分析；使用微细加工制作集成式微型光谱仪等。 2采用新型滤光技术的微型光谱仪 声光可调滤光片(AOTF)是一种微型窄带可调滤光片，是光谱仪微型化的一个发展方向，它通过改变施加在某种晶体上的射频频率来改变通过滤光片的光波长，而通过AOTF光的强度可利用改变射频的功率进行精密、快速的调节。它的分辨率很高，目前可以达到0.0125nm，没有可动部件，波长调节速度快、灵活性高。 美国Brimrose公司和Jet Propulsion实验室联合设计一种微型电晶体NIR光谱仪。这种基于AOTF的反射型近红外微型光谱仪主要造用于航天领域，使用发光二极管(LED)阵列作为光源，光纤作为光波传输介质，该光谱仪重量<250克，尺寸小9.2×5.4×3.2cm，超快速(4000波长/秒)，高可靠性并经过美国国防核子局的防辐射测试。 美国Hughes Santa Mara研究中心研制的线性楔形光谱仪(专利产品)，是由一个微小模状滤光片和一个阵列检测器组成，可以对多个光谱频带进行检测。模形光谱仪内有一个模形的多层薄膜介电材料构成的干扰滤光片，滤光片与两维检测器紧临，这样根据滤光片在不同位置的带通，每一列检测器可以接收不同光谱波段的能量，所以单独一个模形光谱仪可以覆盖很宽的光谱范围。模形光谱仪的光谱范围受到滤光片、探测器材料特性的限制，还需要使用多种阻挡滤光片。工作光谱范围分布在可见光和近红外区(从400nm到1030nm)。该光谱仪在实验中还获得了线性色散率，色散率与点带宽无关，而且滤光片可以根据检测器阵列设计成不同的几何形状。 3利用光纤制作的微型光谱仪 光纤传感器的主要特点是具有很高的传输信息容量，可以同时反映出多元成分的多维信息，并通过波长、相位、衰减分布、偏振和强度调制、时间分辨、收
一、填空题 1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是 。 2、发生全反射的条件是 。 3、 光学系统的三种放大率是 、 、 ，当物像空间的介质的折射率给定后，对于一对给定的共轭面，可提出 种放大率的要求。 4、 理想光学系统中，与像方焦点共轭的物点是 。 5、物镜和目镜焦距分别为mm f 2'=物和mm f 25'=目的显微镜，光学筒长△= 4mm ，则该显微镜的视放大率为 ，物镜的垂轴放大率为 ，目镜的视放大率为 。 6、 某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光束，则该物点所成的是 (填“实”或“虚”)像。 7、人眼的调节包含 调节和 调节。 8、复杂光学系统中设置场镜的目的是 。 9、要使公共垂面内的光线方向改变60度，则双平面镜夹角应为 30 度。 10、近轴条件下，折射率为1.4的厚为14mm 的平行玻璃板，其等效空气层厚
度为10 mm。 11、设计反射棱镜时，应使其展开后玻璃板的两个表面平行，目的是 保持系统的共轴性。 12、有效地提高显微镜分辨率的途径是提高数值孔径和减小波长。 13、近轴情况下，在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度小。 一、填空题 1、光路是可逆的 2、光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角I0，其中，sinI0=n2/n1。 3、垂轴放大率；角放大率；轴向放大率；一 4、轴上无穷远的物点 5、－20；－2；10 6、实 7、视度瞳孔 8、在不影响系统光学特性的的情况下改变成像光束的位置，使后面系统的通光口径不致过大。 9、30 10、10 11、 12、 13、小 二、简答题 1、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间？
*纸的含义从悬浮液中将植物纤维、矿物纤维、动物纤维、化学纤维或这些纤维的混合物沉积到适当的成型设备上，经干燥制成的一页均匀的薄片。 *纸张结构的特点 1、具有多相、复杂的结构要素成分 2、纸的结构要素之间具有结合力. 3、具有复杂的多孔结构 4、具有三维结构的结构要素 5、大多数纸的结构都具有两面性 *纸张的功能性质 1、吸湿性显着，吸水性大 2、有氢键结合 3、有强度 4、显白色 5、有柔软性 6、易燃性 *为什么纸张强度比造纸纤维的强度低得多 纸张的强度主要取决于纤维间的结合强度，而纤维间氢键结合的前提是具有游离状态的羟基，纤维中能够游离出来的羟基只占纤维总羟基的%，而98%的羟基体现的是纤维本身的强度。因此，纸张强度小于造纸纤维的强度。 *造成纸张纵横向差别的原因 1纤维有方向性排列所影响2受牵引力大小影响3受浆速与网速关系影响4纸机形式5网案振动 *怎样鉴别纸张的纵横向 1纸条弯曲法2纸页卷曲法3抗张强度鉴定法4纤维定向鉴别法 *改善纸张纵横向差别的主要途径 1、网案振动2调整浆速与网速的关系3园网纸机 *影响z强度的因素 1纤维平均长度、单根纤维长度对z强度影响很小，可忽略。2 z强度不受纤维强
度的影响3z强度与紧度的关系4纤维竖向排列情况对竖向性质影响很大. *造成纸张两面性的原因 多数纸页是单面接触成形网，将接触成形网的一面称为网面或反面，另一面称为正面，。一般来说，反面总是要比较粗糙，粗长纤维含量比较多，结构比较疏松，而正面细小物质含量较高，结构细致紧密，且比较平滑。 *改善纸张两面性的途径 1用案板代替案辊2采用光泽压榨、反压榨3用施胶压榨进行两面施胶4采用助流剂 *分析打浆对纸张匀度的影响。 打浆度增加，纤维絮聚减少——切断、润胀从某一打浆度开始，打浆度增加，纤维絮聚增加——纤维的细纤维化：比表面积增加，接触点增加。滤水速度下降：脱水时间延长，引起再絮聚。打浆度进一步提高时，长纤维粘状浆絮聚加重：这主要是由于细纤维化增加了絮聚的可能性；短纤维粘状打浆减轻絮聚：由于纤维切断和润胀的共同效应，有可能抵偿表面细纤维化的影响，从而减轻絮聚。 *使用PEO应注意那些问题 PEO——聚氧化乙烯，白色粉末。使用PEO注意的问题：1分子量和用量 PEO分子量一般在400万左右，用量%左右2放置在阴暗、干燥的地方，避免与阳光空气接触，否则易氧化3溶解PEO时，粉状PEO应均匀分散与雾状水膜混合4稀释过滤：PEO用10倍水稀释，用40——60目过滤5加入位置：PEO最好在纸机前的高位箱加入6加入PEO后，有时会产生泡沫，应加消泡剂 *怎样改善纸张的匀度 1产生微湍流2改善纸料性质3合理地控制上网浓度4加入添加剂一阻絮聚剂
材料科学实验讲义 (一级实验指导书) 东华大学材料科学与工程中心实验室汇编 2009年7月
一、实验目的和要求 1、掌握透过率、全反射和漫反射测定的基本原理； 2、掌握透过率、全反射和漫反射测定的操作技能； 3、测定聚合物膜和无机非金属材料的薄膜的透过率和全反射率，学会测定无机材料粉末的漫反射光谱。 4、针对不同的材料形式(如薄膜，粉末等)能判断该如何选择不同的测试模式。 二、实验原理 光学性能是材料的重要也是最常用的性能之一，薄膜、陶瓷、玻璃、粉末、聚合物、人工晶体甚至胶体的性能评价都离不开光学性能的表征。本实验中所涉及到材料的光学性能主要是指透过率、反射率尤其是漫反射模式测定的反射率等光学性能的测定，涉及的材料包括聚合物、粉末和玻璃等。 在通常所用的分光光度法中，常常将待测定的物质溶解在溶剂中，通过比色来定性或定量物质的含量或浓度等。一些无机粉末或者聚合物本身并不溶于常见的溶剂中，将这些不溶解的物质分散在液体介质中得到的是消光光谱而不是吸收光谱，测定的是消光(Extinction)而不仅仅是吸收(Absorption)。另外，对薄膜材料来说，能进行原位测定是重要的，因为在溶解过程中往往改变了材料的状态，所测定的也不再是实际应用中所要知道的结果。薄膜、粉末等是实际应用中常见的材料形式，这些材料的光学性能的测定对材料提出了更高的要求。 目前中高档的紫外-可见分光光度计均可选配积分球附件来测定物质的漫反射光谱(UV-vis diffuse reflenctance spectrum，UV-vis DRS)，UV-vis DRS特别适用粉末样品的测定。聚合物、聚合物与无机物的杂化材料、多种无机化合物半导体均可用UV-vis DRS进行测定。带积分球的分光光度计还可测定玻璃、有机玻璃、塑料制品的透过率和反射率等。下面就有机物、无机物和化合物的紫外－可见光谱的原理作详细的介绍： 1、有机物的紫外—可见吸收光谱： 分子的紫外—可见吸收光谱是基于物质分子吸收紫外辐射或可见光，其外层电子跃迁而成，又称分子的电子跃迁光谱。紫外—可见分光光度法是基于物质分子的紫外—可见吸收光谱而建立的一种定性、定量分析方法。有机化合物此外吸收光谱(电子光谱)是由分子外层电子或价电子跃迁所产生的。按分子轨道理论，有机化合物分子中有：成键σ轨道，反键σ*轨道；成键π轨道，反键π*轨道(不饱和烃)；另外还有非键轨道(杂原子存在)。各种轨道的能级不同，如图1所示。
东莞理工学院（本科）试卷 2013 --2014 学年第 2 学期 《 应用光学 》清考试卷 开课单位： 电子工程学院 ，考试形式：开卷，允许带 计算器 入场 一、选择题（共12分 每题 2 1. 当一远视眼通过带分划板的望远镜观察远处物体时，应使 ( ) A. 物镜远离分划板 B. 物镜靠近分划板 C. 目镜远离分划板 D. 目镜靠近分划板 2. 负透镜对 ( ) A. 实物只能成实像 B. 实物只能成虚像 C. 虚物只能成实像 D. 虚物只能成虚像 3. 200 度的近视眼，应配戴的眼镜的焦距为 ( ) A. 200mm B. 500mm C. -500mm D. –200mm 4. 拍摄人像艺术照，为突出主要人物，应选用哪种镜头 ( ) A. 焦距大，F 数与对准距离小 B. 对准距离与F 数大，焦距小 C. 对准距离与焦距大，F 数小 D. 对准距离小、焦距与F 数大 5. 光学系统中场镜的作用是： A 改变成像光束的位置 B 减小目镜的尺寸 C 不改变像的成像性质 D 以上都正确 6．棱镜系统中加入屋脊面，其作用是： A. 改变光轴的方向 B. 改变主截面内像的方向 C. 改变垂轴于主截面方向上像的方向 D. 以上都正确 二、填空题（共12分 每题2分） 1、发光强度的单位是（ ），光通量的单位是（ ），光照度的单位 是（ ），光亮度的单位是（ ）。
2、几何像差主要有七种，它们是（），（），（），（），（），（），（），其中（）不影响像的清晰度。 3、激光的准直系统实际上是一个（）。 4、最常用的共轴系统的基点是（），光学系统中角放大率等于1的一对共轭点称为（）。 5、光学系统的三种放大率是。 6、平面反射镜成像的垂轴放大率为，物像位置关系为。如果反射镜转过α角，则反射光线方向改变。 三、简答题（共12分每题4分） 1、简述孔径光阑位置在目视光学系统和投影计量光学系统中的安放原则。 2、简述何谓“像方远心光路”，举例说明在什么时候使用该光路。
第42卷第5期 2015年5月Vol.42,No.5May,2015 中国激光CHINESE JOURNAL OF LASERS 光纤光谱仪光路模拟优化及波长标定 徐丹阳1童建平1高建勋1汪飞2 1 浙江工业大学理学院,浙江杭州3100232杭州博源光电科技有限公司,浙江杭州310023 摘要光学系统是光谱仪的核心部件，决定了整个仪器的基本性能与体积。因此分析了几种光学系统的利弊，最终 确定采用交叉非对称切尔尼-特纳系统，并用Zemax 软件对光路进行了优化设计，确定整体分辨率为1.8nm ，测量范 围为200~900nm 。利用Matlab 软件求解最小二乘法三阶多项式的拟合系数，采用HG-1汞-氩校准光源对波长进行 三阶曲线拟合校正，使其相对波长误差控制在0.05nm 以内。与USB4000光纤光谱仪进行了数据对比分析，表明该 设计思路及方法切实可行。 关键词光学设计;光路;模拟优化;波长标定 中图分类号O433.1;O435文献标识码A doi:10.3788/CJL201542.0516003 Fiber Spectrometer Optical Simulation Optimization and Calibration Xu Danyang 1 Tong Jianping 1Gao Jianxun 1Wang Fei 21 College of Science,Zhejiang University of Technology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China 2Brolight Technology (Hangzhou)Co.,Ltd,Hangzhou,Zhejiang 310023,China Abstract The optical system is the core part of a spectrometer,and it determines the basic properties and the volume of the entire instrument.Advantages and disadvantages of several optical systems are analyzed,and the asymmetric Czerny-Turner system is adopted.The resulting optical path optimized with Zemax has an overall resolution of 1.8nm,and a measurement range of 200~900nm.Relative error of wavelength is controlled to be below 0.05nm,with cubic spline interporlation coefficients obtained from Matlab and HG-1mercury-argon used as the calibration light source.Analyses on data for comparision with the USB4000fiber spectrometer show that both of the design and implementation are feasible. Key words optical design;optical path;simulation optimization;wavelength calibration OCIS codes 220.4830;080.4295;060.2370 收稿日期:2014-11-14;收到修改稿日期:2014-12-30 基金项目:浙江省教育厅科研项目(Y201329607) 作者简介:徐丹阳(1983—)，男，硕士，实验师，主要从事光电探测技术方面的研究。E-mail:xudanyang@https://www.doczj.com/doc/fa12028425.html, 1引言光谱仪是现代光学仪器的重要组成部分，是对物质成分、结构进行观测、分析和处理的基本设备之一[1-2]。它将不同频率的光辐射按照一定的物理规律(光的色散、衍射原理)分解开来，形成相应的光谱，并结合计算 机技术、电子技术和精密机械实现对该光谱波长、强度的测量与研究[3-5]。准直、 分光和聚焦成像系统构成了仪器的光学系统，是整个光谱仪的核心部件，并决定了整台仪器的基本性能与体积。李特洛光学系统由于使用一面反射镜作为准直和聚焦镜，因此必将存在二次和多次衍射，造成系统的杂散光过大；夏帕-格兰茨系统由于离轴抛物面反射镜加工难度大，因此系统成本高，同时装配和调试难度也大；伯特-法斯梯系统也存在着二次和多次衍射，且采用一面反射镜，自由度较小，装调较为复杂[6-12]。本文采用的非对称式切尔尼-特纳系统不仅可避免二次和多次衍射，而且方便了反射镜的加工和装调，同时可保证系统的分辨率。使用 Zemax 软件进行光路设计并优化后得到整机体积为91mm×60mm×34.5mm 、波长范围为200~900nm 、分辨率为1.8nm 的微型光纤光谱仪。采用特征光谱定标法对光谱仪进行波长标定[13-14]， 通过三阶多项式拟合的方法实现电荷耦合元件(CCD)像素与波长的匹配，使最终实测误差控制在0.05nm 以内。
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微型光谱仪光学结构研究 作者：王晗， 李水峰， 刘秀英， WANG Han， LI Shui-feng， LIU Xiu-ying 作者单位：王晗,WANG Han(广东工业大学,实验教学部,广东,广州,510006;厦门大学,机电工程系,福建,厦门,361005)， 李水峰,LI Shui-feng(广东工业大学,实验教学部,广东,广州,510006)， 刘秀英,LIU Xiu-ying(广东工业大学,环境学院,广东,广州,510006) 刊名： 应用光学 英文刊名：JOURNAL OF APPLIED OPTICS 年，卷(期)：2008,29(2) 被引用次数：3次 参考文献(4条) 1.李全臣;蒋月娟光谱仪器原理 1999 2.鞠辉;吴一辉微型光谱仪的发展[期刊论文]-微纳电子技术 2003(01) 3.李宏光;吴宝宁;施浣芳一种小型光谱色彩分析仪的设计[期刊论文]-应用光学 2005(06) 4.史俊锋;惠梅;王东生光谱仪器的微型化及其应用[期刊论文]-光学技术 2003(01) 引证文献(3条) 1.温波.颜昌翔便携式分光测色仪光学设计[期刊论文]-应用光学 2011(1) 2.王婷婷.俞晓峰.顾海涛.马海斌.王健二维直读型ICP发射光谱技术发展状况综述[期刊论文]-光学仪器 2011(1) 3.胡天林.王磊.贺珊.林春.黄元庆基于USB总线的紫外分光光度计数据采集及传输系统设计[期刊论文]-厦门理工学院学报 2009(3) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/fa12028425.html,/Periodical_yygx200802015.aspx
应用光学试题 一、问答题 1、在几何光学框架内，光的传播规律可归纳为四个基本定律，请分别简述其内容。 （1）光的直线传播定律：在各向同性介质中，光沿直线传播。 （2）光的独立传播定律：从不同的光源发出的光束以不同的方向通过空间某点时，彼此互不影响，各光束独立传播。 （3）反射定律：入射光线、反射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角和反射角二者绝对值相等且符号相反，即入射光和反射光在法线两侧。 （4）折射定律：入射光线、折射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角的正弦之比与入射角的大小无关，而与两种介质的性质有关。对一定波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该笔直为一常数，等于折射光线所在介质的折射率ｎ＇和入射光线所在介质的折射率ｎ之比。 2、请概述光线与波面的概念，以及几何像差与波像差的概念。 （1）几何光学中把光看作是光线。光波是电磁波，向周围传播，在某一瞬时，其振动相位相同的各点所构成的曲面称为波面。在各向同性介质中，光沿着波面的法线方向传播，可以认为光波波面的法线就是几何光学中的光线。 （2）几何像差是几何光线经过光学系统后的实际光路相对于理想光路个偏离量。波像差是经过光学系统后的实际波面和理想波面之间的偏差。 3、何为马吕斯定律？光学系统成完善像的条件是什么？ （1）马吕斯定律：垂直于波面的光束（法线集合）经过任意多次反射和折射后，无论折射面和反射面的形状如何，出射光束仍垂直于出射波面，保持光线束仍为法线集合的性质；并且入射波面和出射波面对应点之间的光程均为定值。 （2）光学系统成完善像的条件： ａ：点物成点像，即物空间每一点在像空间都有唯一的的点与之对应。 ｂ：物空间每一条线在像空间都有唯一的直线与之相对应。 ｃ：物空间的任一点位于一条直线上，那么在像空间内共轭点必定在该直线的共轭线上。 4、何为阿贝不变量和拉赫不变量？它们的物理意义是什么？ （1）阿贝不变量：1111''Q n n r l r l ????=-=- ? ????? ；其物理意义是，近轴区，一折射面的物空间和像空间的一对共轭点的位置是确定的。 （2）拉赫不变量：'''nyu n y u J == ，'''nytgu n y tgu J == ；进入光学系统的总能量是保持不变的（前者针对近轴区而言，后者是对前者的推广，是系统对任意大小物体用任意光束成像的普式）。 5、请写出牛顿成像公式和高斯成像公式，及用示意图给出公式中各个参量。
双积分球技术 近年来，激光在生物医学上的应用得到人们越来越广泛的关注，其中生物组织光学特性在光与组织体的相互作用中扮演着重要的角色。组织光学特性参数用来表述组织的光学性质，为临床的医疗诊断和治疗提供参数指标，对医学领域的相关应用有重要的指导意义。 生物组织是一种复杂介质，是一种高散射随机介质，研究光与这种随机介质的相互作用并通过相互作用来反映有关组织内部的特征信息是近几年光学技术研究较为活跃的前沿领域之一，并逐步发展成为一种新兴学科分支——组织光学。 组织光学的核心是发挥光子学测量的实时、无损或微创等优势，利用各种光子学技术，通过测量组织光学特性参数的变化来揭示生物组织结构与功能的变化。因此，光学特性参数的测量对组织光学至关重要。 随着激光生物医学的普及，特别是各种新型激光器的出现，激光正广泛应用于生物医学领域的各个方面。令人遗憾的是，目前有关激光生物医学领域的基础研究并未跟上临床应用，实际的应用中还存在着很大的盲目性，“经验"起着很重要的作用。其主要的原因在于，对激光与生物组织相互作用机理认识不足。为 研究光与组织的相互作用，诸多模型被提出来了，这些模型的准确性取决于组织光学特性参数的测量。因此，光学特性参数的准确测量对组织光学至关重要，它是进一步研究光在生物组织中传播的基础，对激光外科，光动力疗法等激光临床应用都有重要的指导意义。 凡是与光学参数有关的关系和规律，均可成为测量的依据和原理，因而组织体光学特性参数的测量方法及所涉及的内容几乎包罗万象。测量组织光学特性参数方法有时间分辩、空间分辩、频率调制，超快时间分辩谱和空间分辨谱，积分球技术甚至神经网络技术等等。各种测量方法各有千秋，双积分球技术是目前公认最为精确的一种测量技术。该技术采用的是一种离体的间接光学特性参数测量方法，是将积分球系统及传输理论的精确解结合起来实现的。在己知生物组织样品厚度的情况下，利用积分球系统测量组织样品的反射率，透射率以及准直透射率，而后再根据特定的组织体光学传输模型就可以获得组织体的主要光学特性参数。它能够同时获取离体生物样品的各项光学特性参数，并且可以分别考虑组织的层状结构，如可以对离体的真皮和表皮分别进行测量，是研究组织光学的一种重要方法。 生物组织中的光传输以及生物组织的光学特性是生物医学光子学重要的研究内容，在医学上对疾病的光诊断和光治疗有重要的理硷和实际的意义。因此本论文对光在生物组织中的传输以及生物组织光学特性参数的测量进行了理论和实验研究。 从光的传输理论出发，在漫射近似下获得了生物组织内光传输的漫射近似方程，并且在不同的边界条件下对无限细光束垂直入射到半无限大组织的漫射方程进行了求解，给出了组织表面漫反射系数的时间和空间分辨的表达式。 生物组织是由不同大小、不同成分的细胞和细胞问质组成的，对可见光和近红外光通常呈现出不透明、混沌和高散射的特点。光在生物组织传播是一个很复杂的过程，其主要特点是生物组织对光波的散射和吸收。 确定生物组织光学特性参数是医学诊断和治疗领域中迫切需要解决的问题，是生物医学光子学研究的热点之一。目前，生物组织光学特性参数的测量方法主要有直接测量法和间接测量法，其中活体组织的无损测量法是研究的热点。出于生物组织结构的多样性和复杂性，从目前国内外报道的研究和测量结果来看，所获得的生物组织的光学特性参数有较大的离散性，表明光传输理论或其他相关的理论尚有待进一步完善，依据光传输理论所建立测量方法与技术尚在理论和实验研究阶段，对于实际医学临床的使用还有大量的工作要做。另一方面，传统的光学参数有时并不适合于实际应用，寻找新的参数，使其能够更准确、更具特异性的体现生物组织的特性，也是今后这方面工作的一个重点。 历史上曾经提出两科t不同的理论来处理光波在随机分布粒子群中的传播问题，一种称为解析理论，另一种称为输运理论。解析理论也称为多次散射理论，它从Maxwell方程或波动方程这种基本微分方程出发，引进粒子的散射和吸收特性，并求出方差和相关函数这些统计量的适当的微分方程或积分方程。原则上，这种理论考虑了多次散射、衍射和干涉效应，在这个意义上说，它在数学上是严格的。但是，实际上它不
中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸 (首页) 2005-2006学年第 二 学期 试题名称: 应用光学 A 课程号： 共 2 页 第 1 页 专业年级__物理学2003_____ 学号___________ 姓名____________ 考试日期（考生填写）_______年____月__日 分数_________ 一．简答题（15分）（写在答卷纸上） 1．（5分）物理光学研究什么内容？几何光学研究什么内容？ 2．（5分）什么是场镜？场镜的作用是什么（要求写出两种作用）？ 3．（5分）写出轴外点的五种单色像差的名称。 二．作图题（15分）(画在试卷上) 4．（５分）已知焦点F 和F ’和节点J 和J ’（见图2），求物方主点H 和像方主点H ’ 。 5．（10分）应用达夫棱镜的周视瞄准仪示意图(见图1)，分别标出A 、B 、C 、D 点光的坐标方向。 J F ’ F J ’ 图2 z y x A B C D 图1
授课教师 李颖命题教师或命题负责人 签字李颖 院系负责人 签字 年月日 注：请命题人标明每道考题的考分值。 中国海洋大学命题专用纸（附页） 2005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学课程号：共 2 页第 2 页
三．计算题（70分） 6．（10分）某被照明目标，其反射率为ρ=，在该目标前15m距离处有一200W的照明灯，各向均匀发光，光视效能（发光效率）为30lm/W，被照明面法线方向与照明方向的夹角为0度。 求：（1）该照明灯的总光通量；（2）被照明目标处的光照度；（3）该目标视为全扩散表面时的光亮度。 7．（10分）显微镜目镜视角放大率为Γe=10，物镜垂轴放大率为β=-2，NA=，物镜共轭距为180mm，物镜框为孔径光阑，求：（1）显微镜总放大率，总焦距。（2）求出瞳的位置和大小。8．（15分）一个空间探测系统（可视为薄透镜），其相对孔径为1:，要求将10km处直径为２ｍ的物体成像在1/2英寸的探测器靶面上，物体所成像在探测器靶面上为内接圆，问此系统的焦距应该为多少？口径为多少？所对应的最大物方视场角是多少？（一英寸等于毫米，探测器靶面长与宽之比为４:3） 9．（10分）有一个薄透镜组，焦距为100mm，通过口径为20mm，利用它使无限远物体成像，像的直径为10mm，在距离透镜组50mm处加入一个五角棱镜（棱镜的玻璃折射率为，透镜展开长度为L=，D为棱镜第一面上的通光口径），求棱镜的入射面和出射面的口径，通过棱镜后的像面位置。 10．（15分，A、B任选） A．有一个焦距为50mm的放大镜，直径D=40mm，人眼（指瞳孔）离放大镜20mm来观看位于物方焦平面上的物体，瞳孔直径为4mm。求系统的孔径光阑，入瞳和出瞳的位置和大小，并求系统无渐晕时的线视场范围。 B．有一开普勒望远镜，视放大率Γ=8，物方视场角2ω=8?，出瞳直径为6mm，物镜和目镜之间的距离为180mm，假定孔径光阑与物镜框重合，系统无渐晕，求（1）物镜焦距，目镜焦距；（2）物镜口径和目镜口径；（3）出瞳距离。 11．（10分，要求用矩阵法求解）有一个正薄透镜焦距为8cm，位于另一个焦距为－12cm的负薄透镜左边6cm处，假如物高3cm，位于正透镜左边的24cm处，求像的位置和大小。 四．附加题（10分） 12．谈谈你对《应用光学》课程教学和课程建设的设想和建议。
海洋光纤光谱特有的信息 1.光谱仪的工作原理 CCD探测器型的海洋光学光谱仪的工作原理如动画展示。光通过光纤有效的耦合到光谱仪中，经球面镜将进入光谱仪中的发散光束会聚准直到衍射光栅上，衍射分光后又经第二面球面镜会聚聚焦，光谱像投射到线性CCD阵列上，数据信号经A/D转换传至计算机上。 光子撞击CCD像素上的光敏二极管后，这些反向偏置的二极管释放出与光通量成比例的电容器，当探测器积分时间结束，一系列开关关闭并传输电荷至移位寄存器中。当传输完成，开关打开并且与二极管关联的电容器又重新充电开始一个新的积分周期。同时，光能被累积，通过A/D转换数据被读出移位寄存器。数字化的数据最后显示在计算机上。 2.光学分辨率
单色光源的光学分辨率以半高全宽值（FWHM）来表征，它依赖于光栅刻槽密度(mm-1)及光学入瞳直径（光纤或狭缝）。海洋光纤光谱配置客户所要求的系统时，必须平衡两个重要的因素： 1) 光栅刻槽密度增加，分辨率增大，但光谱范围及信号强度会减小。 2) 狭缝宽度或光纤直径变窄，分辨率增大，但信号强度会减小。 如何估算光学分辨率（nm,FWHM） 2. 1. 确定光栅光谱范围，找到光栅的光谱范围通过： 选择光栅：“S”光学平台；选择光栅：“HR”光学平台；选择光栅：“NIR”光学平台。（有想详细了解的，烦请光纤专家予以解释） 2. 2. 光栅光谱范围除以探测器像元数，结果为Dispersion。Dispersion (nm/pixel) = 光谱范围/像元数 探测器像元素见图2
3.像素分辨率 下表列出了不同狭缝（或光纤直径）尺寸下的像素分辨率。尽管狭缝入射宽度不同，但高度一致（1000um）。有想深入了解的版友直接向专家提问。 4.计算光学分辨率（nm） Dispersion (Step 2) x Pixel Resolution (Step 3) 举例：确定光学分辨率，光谱仪型号：USB4000,光栅型号：#3，狭缝宽度：10um 650nm(#3光栅光谱范围)/3648（USB4000探测器像元数）X5.6(像素分辨率)=0.18X5.6nm=1.0nm(FWHM) 5.海洋光纤光谱仪的系统灵敏度 海洋光纤光谱仪对系统灵敏度的定义打破常规，不需要对影响光谱幅度的各种因素进行校正。他们提供一种更有用的方法：NIST-traceable 辐射标准（LS-1-CAL），它可以用能量项来标准化光谱数据。在他们的SpectraSuite操作软件中，可以使用“I”模式下相对能量分布（0到1）或绝对值（以 W/cm2/nm或流明或勒克斯/单位面积为单位）来标准化光谱数据。对透射或反射实验，可以使一个物理标准来标准化（归一化）数据如利用空气中的传播或漫射白板来确定。 6.海洋光纤光谱解决影响光谱幅度值的因素
关于纸箱的测试标准 一、外观质量： 1、印刷质量：图案、字迹印刷清晰，色度一致，光亮鲜艳；印刷位置误差大箱不超过7mm，小箱不超过4mm; 2、封闭质量：箱体四周无漏洞，各箱盖合拢后无参差和离缝； 3、尺寸公差：箱体内径与设计尺寸公差应保持在大箱±5mm，小箱±3mm，外形尺寸基本一致； 4、盖折叠次数：瓦楞纸箱摇盖经开、合180度往复折叠5次以上，一、二类箱的面层和里层、三类箱里层裂缝长度总和不大于70mm； 此外，要求接合规范，边缘整齐，不叠角，箱面不允许有明显损坏或污迹等. 二、纸箱耐压强度及影响因素 纸箱耐压强度是许多商品包装要求的最重要的质量指标，测试时将瓦楞纸箱放在两压板之间，加压至纸箱压溃时的压力，即为纸箱耐压强度，用KN表示。 1、预定纸箱耐压强度 纸箱要求有一定的耐压强度，是因为包装商品后在贮运过程中堆码在最低层的纸箱受到上部纸箱的压力，为了不至于压塌，必须具有合适的抗压强度，纸箱的耐压强度用下列公式计算： P=KW（n-1） 式中P----纸箱耐压强度，N W----纸箱装货后重量，N n----堆码层数 K----堆码安全系数 堆码层数n根据堆码高度H与单个纸箱高度h求出，n=H/h 堆码安全系数根据货物堆码的层数来确定，国标规定： 贮存期小于30d取K=1.6 贮存期30d-100d取K=1.65 贮存期大于100d取K=2.0 2、据原料计算出纸箱抗压强度 预定了纸箱抗压强度以后，应选择合适的纸箱板、瓦楞原纸来生产瓦楞纸箱，避免盲目生产造成的浪费； 根据原纸的环压强度计算出纸箱的抗压强度有许多公式，但较为简练实用的是kellicutt公式，它适合于用来估算0201型纸箱抗压强度。 3、确定纸箱抗压强度的方法 由于受生产过程中各种因素的影响，最后用原料生产的纸箱抗压强度不一定与估算结果完全一致，因此最终精确确定瓦楞纸箱抗压强度的方法是将纸箱
光纤光谱仪 光谱学是测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的技术。光谱测量被广泛应用于多种领域，如颜色测量、化学成份的浓度测量或辐射度学分析、膜厚测量、气体成分分析等领域。 上世纪九十年代以来，微电子领域中的多象元光学探测器（例如CCD，光电二极管阵列）制造技术迅猛发展，使生产低成本扫描仪和CCD相机成为可能。微型光纤光谱仪使用了CCD(CCD光谱仪)和光电二极管阵列探测器，可以对整个光谱进行快速扫描，不需要转动光栅。 光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。光纤光谱仪的优势在于测量系统的模块化和灵活性。微型光纤光谱仪的测量速度也非常快，可以用于在线分析。而且由于采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价。 光纤光谱仪基本配置包括包括一个光栅，一个狭缝，和一个探测器。这些部件的参数在选购光谱仪时必须详细说明。光谱仪的性能取决于这些部件的精确组合与校准，校准后光纤光谱仪，原则上这些配件都不能有任何的变动。 微型光纤光谱仪拥有广泛的配置选择，使其性能最大化以满足客户要求。如果这些配置不符合您的要求，我们可以根据您的要求为您量身定做。 光栅 光栅的选择取决于光谱范围以及分辨率的要求。 对于光纤光谱仪而言，光谱范围通常在200nm-2200nm之间。由于要求比较高的分辨率就很难得到较宽的光谱范围；同时分辨率要求越高，其光通量就会偏少。对于较低分辨率和较宽光谱范围的要求，300线/mm的光栅是通常的选择。如果要求比较高的光谱分辨率，可以通过选择3600线/mm的光栅，或者选择更多像素分辨率的探测器来实现。 狭缝 较窄的狭缝可以提高分辨率，但光通量较小；另一方面，较宽的狭缝可以增