优化设计的便携式拉曼光谱仪：高分辨率与小型化

"便携式拉曼光谱仪的光学系统设计与研制" 本文详细探讨了便携式拉曼光谱仪的光学系统设计与研制，旨在解决设备小型化、高分辨率以及弱信号检测的挑战。拉曼光谱仪是一种利用光散射原理，通过分析物质对入射光产生的频率变化来识别物质分子结构的仪器，广泛应用于化学、生物、医学等领域。 设计中采用了Czerny-Turner(C-T)结构的光栅光谱仪，该结构以其良好的像差特性而闻名，可以在消除彗差的同时保持高分辨率。在设计过程中，通过理论计算与分析，建立了像面尺寸与光栅光谱仪系统参数之间的关系，确保了像面尺寸与线阵CCD传感器尺寸的完美匹配，从而提高了数据采集的效率和质量。 为了增强光收集能力并适应便携式设备的紧凑性，文章介绍了采用厚双胶合透镜形式的摄远光学结构，成功设计出一个物方数值孔径为0.33的光学探头系统。这个探头能够与光栅光谱仪的入射光瞳完美匹配，提升了光能的利用率，进一步增强了拉曼信号的探测能力。 最终，研制出的便携式拉曼光谱仪具有0.6纳米的光谱分辨率和781至1014纳米的拉曼光谱范围，整体尺寸仅为243毫米×25毫米×71毫米，体现了其小型化和高性能的特点。通过实验，样机成功检测到了CCL4的5个拉曼光谱特征峰，这证实了该光学设计的可行性和合理性。 这项工作展示了在有限空间内实现高分辨率和高效能量探测的光学系统设计方法，对于推动便携式拉曼光谱仪技术的发展具有重要意义，特别是在现场快速检测、环境监测和医疗诊断等应用中具有广阔的应用前景。