Многощелевой спектрометр с дифракционной решеткой для спектроскопии с пространственным разрешением

  • Игорь Михайлович Гулис Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Александр Геннадьевич Купреев Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Иван Дмитриевич Демидов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Евгений Семенович Воропай Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Отмечено, что многощелевые дисперсионные приборы для спектроскопии с пространственным разрешением обеспечивают единовременное получение на детекторе полного куба данных l (x, y, λ). Как правило, в таких спектрометрах в качестве диспергирующего элемента используются призмы, но из-за значительной спектральной зависимости величины их дисперсии эффективность использования площади двумерного фотоприемника, на котором отображается информация, содержащаяся в кубе данных l (x, y, λ) существенно уменьшается. Предложен принцип использования дифракционной решетки в качестве диспергирующего элемента, позволяющий существенно увеличить информационную емкость благодаря тому, что на детектор попадают световые пучки только необходимого порядка дифракции. Это обеспечивается за счет использования пропускающей дифракцион ной решетки, расположенной вблизи многощелевой входной маски спектрометра в неколлимированном пучке. Достоинством предложенной системы является возможность оперативного изменения дисперсии путем смещения дифракционной решетки вдоль оптической оси. Проведено численное моделирование многощелевого спектрометра. Показано, что при использовании объективов Nikon Nikkor AF 50 mm 1.4D полуширина кружков рассеяния в направлении дисперсии не превышает 15 мкм в рабочем спектральном диапазоне 405 –700 нм, что соответствует спектральному разрешению на уровне 10 нм при числе разрешаемых пространственных элементов до 2 ⋅ 104. 

Биографии авторов

Игорь Михайлович Гулис, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук; профессор кафедры лазерной физики и спектроскопии физического факультета

Александр Геннадьевич Купреев, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики и спектроскопии кафедры лазерной физики и спектроскопии и кафедры физической оптики физического факультета

Иван Дмитриевич Демидов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

аспирант кафедры лазерной физики и спектроскопии физического факультета. Научный руководитель – И. М. Гулис

Евгений Семенович Воропай, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; заведующий кафедрой лазерной физики и спектроскопии физического факультета

Литература

  1. Xie Y., Sha Z., Yu M. Remote sensing imagery in vegetation mapping : a review. J. Plant Ecol. 2008. Vol. 1, No. 1. P. 9–23.
  2. Lu G., Fei B. Medical hyperspectral imaging : a review. J. Biomed. Optics. 2014. Vol. 19, No. 1. P. 010901-1–010901-23.
  3. Thompson D. R., Leifer I., Bovensmann H., et al. Real-time remote detection and measurement for airborne imaging spectroscopy: a case study with methane. Atmos. Meas. Tech. 2015. Vol. 8, No. 10. P. 4383–4397.
  4. Kuula J., Pölönen I., Puupponen H., et al. Using VIS/NIR and IR spectral cameras for detecting and separating crime scene details. Proc. SPIE. 2012. Vol. 8359. P. 83590P-1–83590P-11.
  5. Qin J., Chao K., Kim M. S., et al. Hyperspectral and multispectral imaging for evaluating food safety and quality. J. Food Eng. 2013. Vol. 118, No. 2. P. 157–171.
  6. Mouroulis P., Green R. O., Chrien T. G. Design of pushbroom imaging spectrometers for optimum recovery of spectroscopic and spatial information. Appl. Opt. 2000. Vol. 39, No. 13. P. 2210–2220.
  7. Tran C. D. Principles, Instrumentation, and Applications of Infrared Multispectral Imaging, An Overview. Anal. Lett. 2005. Vol. 38, No. 5. P. 735–752.
  8. Hagen N., Kudenov M. W. Review of snapshot spectral imaging technologies. Opt. Eng. 2013. Vol. 52, No. 9. P. 090901-1–090901-23.
  9. Bland-Hawthorn J., Bryant J., Robertson G., et al. Hexabundles: imaging fiber arrays for low-light astronomical applications. Opt. Expr. 2011. Vol. 19, No. 3. P. 2649–2661.
  10. Bodkin A., Sheinis A., Norton A., et al. Video-rate chemical identification and visualization with snapshot hyperspectral imaging. Proc. SPIE. 2012. Vol. 8374. P. 83740C-1–83740C-13.
  11. Volin C. E., Gleeson T. M., Descour M. R., et al. Portable computed-tomography imaging spectrometer. Proc. SPIE. 1996. Vol. 2819. P. 224–230.
  12. Kudenov M. W., Dereniak E. L. Compact real-time birefringent imaging spectrometer. Opt. Expr. 2012. Vol. 20, No. 16. P. 17973–17986.
  13. Sugai H., Hattori T., Kawai A., et al. The Kyoto tridimensional spectrograph II on Subaru and the University of Hawaii 88 in telescopes. Publ. Astron. Soc. Pac. 2010. Vol. 122, No. 887. P. 103–118.
  14. Bodkin A., Sheinis A., Norton A., et al. Snapshot hyperspectral imaging – the hyperpixel array camera. Proc. SPIE. 2009. Vol. 7334. P. 73340H-1–73340H-11.
Опубликован
2017-09-29
Ключевые слова: мультиспектральный, дисперсионный, дифракционная решетка, многощелевой
Как цитировать
Гулис, И. М., Купреев, А. Г., Демидов, И. Д., & Воропай, Е. С. (2017). Многощелевой спектрометр с дифракционной решеткой для спектроскопии с пространственным разрешением. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 4-11. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/450
Выпуск
№ 3 (2017): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Оптика и спектроскопия

Copyright (c) 2017 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).