在傅里叶变换光谱仪(FTS)中,精确获取每个干涉信号采样点处的光程差是获取光谱图的关键。动镜速度的波动会对等时间采样造成采样误差,而当目标光源波长较短时无法直接利用传统方法进行等光程差采样。分析了速度波动误差对光谱的影响,并提出了一种基于拟合算法计算干涉信号每个采样点处光程差的方法,在动镜速度波动较大的情况下对可见光波段的干涉信号进行采样反演。实验结果表明,此方法准确度高,适用于各种傅里叶变换光谱仪。
傅里叶变换光谱仪 光谱反演 拟合算法 可见光谱 FTS spectrum recovery fitting algorithm vis spectrum
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
3 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
为了提高弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTs)中复原光谱的准确度和稳定性,有必要对弹光调制干涉图的最大光程差的稳定性和检测技术进行研究.弹光调制干涉图的最大光程差是一个不确定量,与弹光调制器的谐振状态、频率温漂特性以及驱动电压等因素有关.因此,本课题在研究弹光调制干涉仪工作机理基础上,建立弹光调制器的频率温漂模型和光程差变化关系;提出以驱动信号为基准,对激光干涉信号过零计数的方式实现干涉图的最大光差检测,且将双通道的高速比较器与FPGA相结合,实现正弦波到方波转换、快速的过零计数和误差补偿.经试验验证,采用670.8 nm的激光为参考光源,通过过零计数的方式,能实现最大光程差77.471 μm的检测,其测量误差小于0.167 nm,复原的红外黑体光谱的最大峰值波长偏差小于2 nm.
弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS) 干涉图 最大光程差 过零计数 Photo-elastic modulator Fourier transform spectrom Interferograms The maximum optical path difference Zero-crossing counting 光谱学与光谱分析
2015, 35(5): 1436
1 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
3 中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)的调制光程差是高速、 非线性变化, 每秒可产生上万张干涉图。 为了实现高速等时间采样干涉信号的快速光谱反演, 对大光程差弹光调制干涉信号的特性、 加速非均匀快速傅里叶变换算法(NUFFT)进行研究。 加速非均匀快速傅里叶变换算法是基于卷积核函数插值的快速傅里叶变换算法, 此算法的核函数类型、 参数τ、 延伸影响因子q、 过采样率μ等参数的选择对算法准确度以及复杂度有影响。 在分析这些参数对算法影响的基础上, 在μ=2, q=10, τ=1×10－6时, 将加速的NUFFT算法应用于弹光调制傅里叶变换光谱仪中, 重建了632.8 nm的激光和氙灯光谱, 复原的632.8 nm激光光谱的频率偏差小于0.013 52, 插值时间小于0.267 s。 实验表明加速的NUFFT算法有较快的运行速度和小的频率偏差, 能快速准确地重建大光程差PEM-FTS的光谱。
光谱重建 弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS) 非均匀快速傅里叶变换(NUFFT) Spectral reconstruction Photoelastic modulator Fourier transform spectrome Nonuniform fast Fourier transform (NUFFT) 光谱学与光谱分析
2014, 34(7): 2010
1 中国科学技术大学, 安徽 合肥230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥230031
大气CO2是重要的温室气体, 对大气CO2的全球监测有助于增进人类对气候变化的理解。 相比于天基平台, 地基观测数据通常具有更高的光谱分辨率、 信噪比及其他已知参数, 更容易实现较高的反演精度。 地基反演方法可以作为天基算法的基础, 并为天基观测结果提供必要的验证。 本文针对地基观测的特点, 建立了使用地基FTS数据反演大气CO2柱浓度的方法。 模拟计算显示该方法在一定的系统误差条件下, 具有获得较高反演精度的能力。 对地基FTS实测数据进行的反演实验表明, 该方法能够获得较精确的大气CO2浓度信息。
大气CO2 反演 高分辨率 FTS FTS Atmospheric carbon dioxide Retrieval High resolution 光谱学与光谱分析
2013, 33(5): 1281
1 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
3 中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)的调制光程差是高速、正弦变化的，每秒可产生10万张干涉图。为了实现等时间采样干涉信号的快速、低误差光谱反演，三次样条插值算法、带有相位补偿的离散傅里叶变换(NDFT)算法和加速非均匀快速傅里叶变换算法(NUFFT)分别被应用到PEM-FTS的数据处理系统中。研究发现，对等时间采样弹光调制干涉数据进行光谱反演，加速NUFFT算法数据处理速度比较快，较相位补偿的NDFT算法高一个数量级，是三次样条插值后快速傅里叶变换算法的2倍，且采样点数越多此算法优点越突出；有比较高的精度，其偏差小于0.00054。该算法可以应用于弹光调制傅里叶变换光谱仪中。
信号处理 弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS) 非线性干涉信号 三次样条插值 非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)
河北大学 物理科学与技术学院 河北省光电信息材料重点实验室, 河北 保定 071002
采用对靶磁控反应溅射技术，以氢气作为反应气体在不同的氢稀释比条件下制备了氢化非晶硅薄膜.利用台阶仪、傅里叶红外透射光谱、Raman谱和紫外-可见光透射谱测量研究了不同氢稀释比对氢化非晶硅薄膜生长速率和结构特性的影响.分析结果发现，利用对靶磁控溅射技术能够实现低温快速沉积高质量氢化非晶硅薄膜的制备.随着氢稀释比不断增加，薄膜沉积速率呈现先减小后增大的趋势.傅里叶红外透射光谱表明，氢化非晶硅薄膜中氢含量先增大后变小.而Raman谱和紫外-可见光透射谱分析发现，氢稀释比的增加使氢化非晶硅薄膜有序度和光学带隙均先增大后减小.可见，此技术通过改变氢稀释比R能够实现氢化非晶硅薄膜结构的有效控制.
对靶磁控溅射 非晶硅 氢含量 有序度 光学带隙 FTS Amorphous silicon Hydrogen dilution Order Optical band gap
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
3 暨南大学光电工程系, 广东 广州 510632
傅里叶变换光谱仪(FTS)在光谱分析中的应用越来越广泛, 并且其微型化的趋势也愈加明显。 文章设计了一种新型空间调制微型傅里叶变换光谱仪。 在介绍其结构理论的基础上, 对其空间的光强分布进行了模拟, 通过对该结构下引起相位误差因素的详细分析, 采用改进的Mertz相位校正方法对小双边的采样数据进行了光谱复原, 其理论分辨率可达到3.43 nm@800 nm, 信噪比的理想分辨极限为6.8 dB。 该结构的微型FTS可以用微机械加工的方法来实现, 具有性能稳定, 误差容易校正等优点, 文章对空间调制微型傅里叶变换光谱仪的结构设计及仿真, 为微型FTS的微机械加工实验提供了理论支持, 还为微型傅里叶变换光谱仪的进一步应用提供了更广阔的空间。
傅里叶变换光谱仪 微型化 空间调制 相位校正 Fourier transform spectrometer (FTS) Minimization Spatial-modulation Phase correction 光谱学与光谱分析
2009, 29(4): 1142
1 State Key Laboratory of Applied Optics, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, CHN
2 Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, CHN
3 Department of Optoelectric Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, CHN
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710068
2 中国科学院研究生院，北京 100039
提出一种基于新型的分光方法的横向剪切分束器，分析了该分束器结构的分光原理，并对其用于干涉光谱仪中的效果进行了分析计算．该分束器同体积条件下较目前的分束器可以产生十倍以上的剪切量，应用到干涉仪中可以在获得高光谱分辨率的同时不增大仪器的体积和重量．同时，该分束器分光时，无光能返回光源，较Sagnac型分束器对光能的利用率提高了近一倍；相对变形Mach－Zehnder型结构易实现实体化．
干涉光谱仪 横向剪切分束器 高光谱分辨率 高通量 Fourier Transform Spectrometer(FTS) Lateral shearing beam-splitter High resolving power High throughput
