Многощелевой спектрометр с дифракционной решеткой и зеркальными объективами 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

Аннотация

Отмечено, что одной из разновидностей приборов для спектроскопии с пространственным разрешением являются многощелевые дисперсионные спектрометры для единовременной регистрации полного куба данных I(x, y, λ). Констатируется, что применение дифракционной решетки вместо обычных для таких приборов призм позволяет существенно увеличить число регистрируемых спектральных каналов. Предложено схемное решение многощелевого дисперсионного спектрометра, в котором в качестве объективов выступают зеркала (внеосевые параболы). Благодаря этому достигается ахроматичность оптической системы, спектральный рабочий диапазон расширяется до ~0,3-2,0 мкм, упрощается оптическая система. В схемном решении использовано зеркало с фокусным расстоянием образующей параболы 127 мм, эффективным фокусным расстоянием 136,12 мм, диаметром рабочей области 50,8 мм, углом отклонения оптической оси 30. Численное моделирование в программе оптического дизайна показало, что такая система позволяет обеспечить единовременный охват, в частности, видимого диапазона (450-750 нм), причем полуширина кружка рассеяния в направлении дисперсии не превышает 15 мкм(предел разрешения dλ≤ 10 нм). Проанализирована возможность изменения дисперсии и спектрального рабочего диапазона заменой решетки либо перемещением ее вдоль оптической оси.

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.

Литература

  1. Lu G., Fei B. Medical hyperspectral imaging: a review. J. Biomed. Opt. 2014. Vol. 19, No. 1. Article ID: 010901. DOI: 10.1117/1.JBO.19.1.010901.
  2. Thompson D. R., Leifer I., Bovensmann H., et al. Real-time remote detection and measurement for airborne imaging spectrosco-py: a case study with methane. Atmos. Meas. Tech. 2015. Vol. 8, No. 10. P. 4383–4397. DOI: 10.5194/amt-8-4383-2015.
  3. Gao L., Smith R. T. Optical hyperspectral imaging in microscopy and spectroscopy – a review of data acquisition. J. Biopho-tonics. 2015. Vol. 8, issue 6. P. 441–456. DOI: 10.1002/jbio.201400051.
  4. Kuula J., Pölönen I., Puupponen H.-H., et al. Using VIS/NIR and IR spectral cameras for detecting and separating crime scenedetails. Proc. SPIE. 2012. Vol. 8359. P. 83590P-1–83590P-11. DOI: 10.1117/12.918555.
  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, issue 2. P. 157–171. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2013.04.001.
  6. Torabzadeh H., Morsdorf F., Schaepman M. E. Fusion of imaging spectroscopy and airborne laser scanning data for characteri-zation of forest ecosystems : a review. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 2014. Vol. 97. P. 25–35. DOI: 10.1109/igarss.2014.6946660.
  7. Lefebvre J. Real time hyperspectroscopy for dynamical study of carbon nanotubes. ACS Nano. 2016. Vol. 10, issue 10.P. 9602–9607. DOI: 10.1021/acsnano.6b05077.
  8. HagenN., KudenovM.W. Review of snapshot spectral imaging technologies. Opt. Eng.2013. Vol.52, No.9. P.090901-1–090901-23.DOI: 10.1117/1.OE.52.9.090901.
  9. Sugai H., Hattori T., Kawai A., et al. The Kyoto tridimensional spectrograph II on Subaru and the University of Hawaii 88-intelescopes. Publ. Astron. Soc. Pac. 2010. Vol. 122, No. 887. P. 103–118. DOI: 10.1086/650397.
  10. Bodkin A., Sheinis A., Norton A., et al. Snapshot hyperspectral imaging – the hyperpixel array camera. Algorithms and tech-nologies for multispectral, hyperspectral, and ultraspectral imagery XV (Orlando, 13–17 April, 2009) : proc. SPIE. 2009. Vol. 7334.P. 73340H-1–73340H-11.
  11. Gulis I. M., KupreyeuA. G., Demidov I. D., et al. Multislit diffraction grating spectrometer for imaging spectroscopy. J. Bela-rus. State Univ. Phys. 2017. No. 3. P. 4–11 (in Russ.).
  12. Voropai E. S., Gulis I. M., Kupreev A. G. Astigmatism correction for a large-aperture dispersive spectrometer. J. Appl. Spect-rosc. 2008. Vol. 75, issue 1. P. 150–155. DOI: 10.1007/s10812-008-9000-2.
Опубликован
2019-01-20
Ключевые слова: мультиспектральный, дисперсионный, дифракционная решетка, многощелевой, зеркальный  параболический объектив
Как цитировать
Гулис, И. М., Купреев, А. Г., & Демидов, И. Д. (2019). Многощелевой спектрометр с дифракционной решеткой и зеркальными объективами для спектроскопии с пространственным разрешением. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 4-10. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/480
Выпуск
№ 2 (2018): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Оптические приборы

Copyright (c) 2018 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).