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Double-Pass 超高分辨率光譜解決方案
光譜分辨率是任何一個(gè)光譜測試系統(tǒng)都不可回避的重要參數(shù)之一！ 對大多數(shù)的光譜測試系統(tǒng)，都對光譜分辨率有一定的要求，比如，熒光光譜，拉曼光譜，原子分子光譜，等離子體光譜等等，通常而言<0.1nm 的光譜分辨率可以滿足大多數(shù)的應(yīng)用需求。 但實(shí)際上，在一些極端的研究精細(xì)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)中，往往希望獲得極高的光譜分辨率，比如原子殼層精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究，高分辨多波長拉曼光譜測試，激光誘導(dǎo)同位素的等離子體的高分辨率原子光譜，太陽和恒星活動中的特定光譜線檢測，SOLIS(長期觀測太陽的天氣光學(xué))等等，都可能需要極高的，比如<10pm,甚至<1pm 的光譜分辨率.
對于傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)典C-T 式光譜儀來說，實(shí)際上，分辨率依賴于光柵的分辨本領(lǐng)、系統(tǒng)的有效焦長、設(shè)定的狹縫寬度、系統(tǒng)的光學(xué)像差以及其 它參數(shù)。
R∝ M·F/W
M-光柵線數(shù) F-譜儀焦距 W-狹縫寬度
在相同測試條件下（狹縫不變），提升光譜分辨率的方法通常有兩個(gè)：一是延長光譜儀的焦距，同等情況下，光譜儀的焦距越長，分辨率越高！ 但這樣就意味著光譜儀的尺寸變得越來越大，光路調(diào)校變得越來越困難！ 另一個(gè)有效途徑是利用高刻畫線的衍射光柵，，比如同等情況下，2400g/mm 的光柵分辨率相比1200g/mm 的光柵可以提升大約1倍； 但同樣由于刻畫光柵衍射角度的關(guān)系，高刻線光柵的波長使用范圍也同樣會急劇縮小，比如，1200g/mm 的光柵*大波長使用范圍到1200nm, 而2400g/mm 的光柵*大波長使用范圍則只能到600nm, 也就是說通常高刻線光柵都只適用于紫外波長范圍的高分辨率光譜測試， 對于可見光（VIS）以及延伸的紅外 NIR 波段，要想獲得高分辨率的光譜，提高光譜儀的焦距幾乎變成了可行的一種方案！
與常規(guī)C-T式光譜儀焦距從150mm,到750mm 焦距不同，McPherson可以提供三款長焦距的高分辨率光譜儀，分別是1000mm,1330mm,2000mm 焦距的光譜儀，分辨率可以從0.02nm提升到0.005nm（@1200 g/mm光柵）
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型號 |
2061 |
209 |
2062 |
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光學(xué)設(shè)計(jì) |
對稱C-T式 |
對稱C-T式 |
對稱C-T式 |
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焦長 |
1000mm |
1334mm |
2000mm |
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光譜分辨率 |
0.02nm |
0.01nm |
0.005nm |
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線色散 |
0.83nm/mm |
0.62nm/mm |
0.42nm/mm |
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校正精度 |
0.05nm |
0.05nm |
0.05nm |
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光譜重復(fù)性 |
0.005nm |
0.005nm |
0.005nm |
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焦平面 |
50mm |
50mm |
50mm |
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通光孔徑 |
f/7(f/8.6) |
f/9.4(f/11.6) |
f/14.1(f/17.4) |
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光柵尺寸 |
120x140(110x110mm) |
120x140(110x110mm) |
120x140(110x110mm) |
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主要應(yīng)用 |
輻射鑒定，拉曼光譜，材料科學(xué) |
輻射鑒定，超精細(xì)結(jié)構(gòu)，斯托克斯頻移，塞曼分裂 |
輻射鑒定，超精細(xì)結(jié)構(gòu)，斯托克斯頻移，塞曼分裂 |
如果在此基礎(chǔ)上，希望獲得更高的光譜分辨率，還有其他的有效方式嗎？
特有的Double Pass設(shè)計(jì)光譜儀
在McPherson公司的光譜儀系列產(chǎn)品中，Double Pass設(shè)計(jì)光譜儀顯得尤為特別。Double Pass技術(shù)利用反射鏡不同的反射點(diǎn)在同一個(gè)光譜儀中衍射兩次，從而使得光譜分辨率提高一倍即相當(dāng)于光譜儀焦長增加一倍的同時(shí)，保持f數(shù)也就是通光量不變。 McPherson所有的上面提到的長焦光譜儀都可以采用此類設(shè)計(jì)！
可以想象，當(dāng)您用1臺1米焦長的光譜儀，同等情況下卻獲得了2米長焦距譜儀的分辨率， 卻沒有損失通光量！
Double Pass 光路結(jié)構(gòu)： 1.入射狹縫；2. 出射狹縫； 3. 準(zhǔn)直反射鏡； 4. 聚焦反射鏡； 5. 光柵； 6. Double Pass反射鏡; 7. Double Pass 反射鏡； 8.中央孔徑狹縫
經(jīng)典的實(shí)例應(yīng)用： 在美國 SOLIS（太陽長期光學(xué)觀測）項(xiàng)目中，為了獲得超高光譜分辨率， 使用的就是一個(gè)2米焦長的Double Pass 光路設(shè)計(jì)的系統(tǒng) Model 2062DP 光譜儀， 已經(jīng)使用超過15年，目前仍在每天更新觀測的太陽光譜數(shù)據(jù)！ https://solis.nso.edu/0/info/solis_gallery.html (如下圖)
Model 2062DP 是目前商業(yè)化的高分辨率衍射光柵光譜儀，這款焦距2m的C-T 式光譜儀，可以按照*大220mm寬度的大塊光柵，光柵旋轉(zhuǎn)角度可以超過70度，以允許按照Double Pass光路， 這種DP 結(jié)構(gòu)可以將光譜分辨率提升1倍，同時(shí)保持?jǐn)?shù)值孔徑或F/no 不變.
下表即為2062DP 光譜儀在安裝了316L/mm 的中階梯光柵，并工作在第10階次光譜，旋轉(zhuǎn)71.69度，中心波長為600nm時(shí)的性能對比：
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有效狹縫寬度(mm) |
單通SP 分辨率(nm) |
單道SP 分辨能力 |
雙通(DP) 分辨率(nm) |
雙通DP 分辨能力 |
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簡單幾何狹縫寬度 |
0.010 |
0.0004 |
1,445 ,054 |
0.0002 |
2,890,107 |
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衍射 (220 -毫米光柵) |
0.027 |
0.0011 |
528,072 |
0.0006 |
1,056,146 |
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Aberration像差(單通) |
0.033 |
0.0014 |
439,698 |
~ |
~ |
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Aberration像差(雙通) |
0.038 |
~ |
~ |
0.0008 |
753,325 |
如果您想在紫外可見近紅外及紅外全波段范圍內(nèi)，獲得極限或超高分辨率的光譜， Double Pass 雙通超高分辨率光譜儀無疑會成為您滿意的選擇！
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