一种全新的宽光谱大面积多阶梯光场光谱感光仪
【上海理工大学黄元申教授研究团队】


        随着光电技术的迅猛发展,CCD、CMOS照相机已经取代了传统的胶片照相机,但是感光材料在医疗、军用、科研、航天等领域依然发挥着不可替代的作用。光谱灵敏度是反映感光材料特性的最重要指标之一,反映光谱的响应程度。绘制光谱灵敏度曲线需要检测感光材料在不同波长、不同光强和不同曝光时间内接收到的能量的倒数,以及曝光后经显影、定影产生的光密度值。目前国内外各款光谱感光仪有许多不足和缺陷,如多次分段曝光、光谱范围窄、光楔灰度级数少且不均匀、光密度精度低、光谱分辨率低和手动操作不方便等。上海理工大学开发的宽光谱大面积多阶梯光场光谱感光仪克服了以上缺点,能够自动测量光楔板上不同波长不同光强区域的单位面积光功率和快门控制的曝光时间,实现宽光谱范围内对感光材料进行一次曝光;经显影定影后,光密度计测量其光密度值,根据国家标准(GB10557-89)绘制出感光材料某一光密度值的光谱灵敏度曲线。

        上海理工大学黄元申教授研究团队一直致力于高性能分光元件衍射光栅的研发,光栅光谱仪器的开发以及高性能滤波片的研制工作。提出了采用自制的大面积闪耀刻划光栅作为分光元件,结合大尺寸消像差柱面聚焦镜和18阶梯高精度光楔形成面积为202 mm×90.5 mm,光谱范围为340 nm~900 nm的两维曝光光场—水平方向为光谱展开,竖直方向为阶梯光楔的18级次;在研制多阶梯光楔时,提出采用相对波长中性度较好的质量比为8:2的镍铬合金材料,采用控制镀膜参数结合离子束轰击的双向膜厚控制技术制备了高精度18级阶梯光楔,光密度值从下至上成等差数列递增,分别为0.00,0.15,0.30,…,2.55,每个阶梯光密度值误差不大于0.01,每一阶梯面积为210 mm×4.5 mm,光谱范围为340 nm~900 nm,优于目前国内外市场上出售的光楔产品,光密度值精度、光谱范围、尺寸大小、均匀性和阶梯数等各类参数均属于领先水平。仪器采用滚珠丝杠副组成竖直与水平方向上的两维位移平台与光栅传感器组成闭环控制,自动采集系统采用LabVIEW开发上位机和PLC一体机开发下位机,实现自动测试并且方便于用户的使用。开发的仪器在是精度、功能、自动化程度等方面均处于国内外领先水平。



 
闪耀光栅

 
18阶梯光楔

 

研究团队简介
        上海理工大学光栅研究团队从上世纪五十年代就开始了光栅的研制工作,是我国最早开始光栅研究与应用的单位之一。几十年来,一代代的光栅研制工作者努力工作,坚持不懈,在机械刻划光栅、复制光栅、全息光栅等各类光栅的研制方面均取得了有目共睹的成绩;同时在光栅光谱仪器的研制方面具有丰富的实践经验。引进和培养了多名博士后、博士和硕士。在庄松林院士的带领下形成了一支强大的、由老中青结合的,包括张大伟教授、黄元申教授、倪争技高级工程师和徐晓平专业光栅制作工艺技师等各个层次、各个相关领域的专业人才组成的研究队伍。近年来研究团队承担了多项国家和省部级项目,获得了多项奖励,发表了相关论文30多篇,授权发明专利15项、实用新型专利9项。

相关论文
李超洋, 黄元申, 盛斌, 等. 宽光谱大面积多阶梯光场光谱感光仪[J]. 光电工程, 2019, 46(2): 180365.
DOI:10.12086/oee.2019.180365