Разработка принципов построения и создание макетов спектрометров для оперативного гиперспектрального и мультиобъектного анализа, ориентированных на биомедицинские и полевые применения : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / научный руководитель И. М. Гулис

Abstract

Объектами исследования являлись принципиальные подходы и схемные решения для

получения мультиспектральных изображений, конфокальной спектроскопии, синтеза

спектральных паттернов. Цель работы – разработка принципов построения и схемных решений приборов для

мультиспектральных измерений с пространственным разрешением, разработка системы

для синтеза спектральных паттернов, разработка системы для конфокальной

спектроскопии с удобной системой сканирования. Методология проведения работы: компьютерное моделирование, оптические расчеты,

макетирование. Предложен принцип реализации дисперсионного монохроматора изображения с

формированием промежуточного изображения вблизи диспергирующего элемента. Данный

принцип позволяет регистрировать мультиспектральные изображения со спектральным

разрешением, определяемым лишь шириной щели в маске устройства. Пространственное

разрешение при этом не увязано со спектральным, что увеличивает гибкость системы и

возможности ее применения. Отмечен существенный вклад в аберрационную картину

системы аберраций дифракционной решетки, работающей в неколлимированных световых

пучках. Установлены условия минимизации аберраций, предложены пути оптимизации

схемы, проведено численное моделирование. Предложен принцип реализации дисперсионного монохроматора изображения с обратным

прохождением. Данный принцип позволяет регистрировать мультиспектральные

изображения в широком спектральном рабочем диапазоне, причем спектральное

разрешение не увязано с пространственным. Предложена оптическая схема,

обеспечивающая прохождение световых пучков, максимально близкое к

осесимметричному. Эта схема позволяет существенно уменьшить уровень аберраций и

является перспективной для дальнейшего анализа и макетирования. Предложен принцип реализации монохроматора-спектросинтезатора на базе оптической

схемы дисперсионного монохроматора с динамическим формированием входной апертуры.

Динамическое формирование входной апертуры может быть реализовано при помощи

пространственного модулятора света (например, микрозеркальной матрицы). Собран

функциональный макет спектросинтезатора с использованием микрозеркальной матрицы. Предложена оригинальная схема конфокального микроспектрофлуориметра на основе

дисперсионного модуля с микрозеркальной матрицей. Согласованность апертур

коллиматорного зеркала и объектива предварительной оптики позволяет при помощи

микрозеркал как направлять возбуждающее излучение в исследуемую точку объекта, так и

изображать ее на микрозеркало, направляя световой пучок в дисперсионный модуль и на

детектор. Схема обладает рядом преимуществ перед традиционными: возможностью

оперативного позиционирования анализируемых точек на объекте, возможностью

регистрации спектров одновременно от нескольких точек, произвольным выбором и

сканированием протяженных линейных участков. Проведено макетирование и испытание

предложенной схемы. Полученные в процессе выполнения задания результаты могут использоваться при

подготовке специалистов в современных областях прикладной спектроскопии в системе

Министерства образования, в частности, в БГУ, БНТУ.