基于线阵CCD的小型光谱仪光度特性研究

基于线阵电荷耦合器件（CCD）的小型光谱仪具有便于携带和快速探测的优点，故特别适于现场检测应用。介绍一种自行研制的小型光栅光谱仪，它采用Czerny-Turner式光学结构，并用线阵CCD作为探测器。该光谱仪光度特性的实验检测结果证明：实验样机的光度精密度优于±0.04Abs，光度准确度为±0.04Abs（0Abs～1Abs）。实验分析了光谱仪的杂散光、光度噪声和基线平直度等指标对仪器光度准确度的影响。最后针对小型光谱仪的特点提出改善其光度特性的措施。     

面阵CMOS光纤光谱仪研制

研制了一种以非对称交叉Czerny-Turner光路为结构的互补金属氧化物半导体小型光纤光谱仪样机,探讨了以面阵互补金属氧化物半导体图像传感器作为光电探测器的光度测量准确性和线性问题,分析了杂散光对吸光度测量的影响.结论是:通过光强定标和非线性修正后,互补金属氧化物半导体小型光纤光谱仪可以满足一般的应用要求,其光谱测量范围为380~800 nm,光谱带宽约6 nm,积分时间1~500 ms,波长准确度±1 nm,光度准确度±0.03 AU.该光谱仪具有小型化、低成本、速度快等优点.     

三种光电器件用于天体光度测量时的性能比较

从天体光度测量原理出发推导出光电倍增管、普通CCD和电子倍增CCD在天体光度测量中的信噪比公式,从理论上比较了三种器件在天体光度测量中的性能,并给出了实验结果。结果表明,电子倍增CCD的性能最好;在光辐射度较小的条件下,读出噪声严重地影响了普通CCD的信噪比,光电倍增管的性能较普通CCD的好;而在光辐射度较大的条件下,量子效率成为信噪比的决定因素,普通CCD的性能较光电倍增管的好。最后从误差平方和与信噪比两个方面对理论推导进行了实验验证,结果表明实验结果和理论计算吻合得很好。     

光学相关论题 天体物理光学

P141.2 2007054969三种光电器件用于天体光度测量时的性能比较=Per-formance comparison of photon-multiplier-tube-based andCCD-based photoelectronic devices[刊,中]/马晓燠(中科院光电研究所.四川,成都(610029)) ,饶长辉…//光学学报.? 2007 ,27(5) .? 882-888从天体光度测量原理出发推导出光电倍增管、普通CCD和电子倍增CCD在天体光度测量中的信噪比公式,从理论上比较了三种器件在天体光度测量中的性能,并给出了实验结果。结果表明,电子倍增CCD的性能最好;在光辐射度较小的条件下,读出噪声严重地影响了普通CCD的信噪比,光电倍…     

高速紫外-可见分光光度计的研制

研制了一种采用线阵CCD的高速紫外-可见分光光度计。报道了该分光光度计的硬件结构、软件系统设计和初步的性能测试结果。初步测试结果：波长范围 200～820 nm,全谱扫描时间<0.1 s,光谱带宽 0.7 nm,波长精度 ±1 nm,光度精度±0.005 AU,杂散光<0.1％,基线平直度<0.001 AU(rms)。该仪器使用操作简便,测量速度快,性能优良,具有强大的光谱数据分析与处理功能,而且还独具远程操作和访问功能。预期该仪器除了可用于常规分析测试外,还适用于化学和生物等领域的动力学反应研究。     

360°旋转体面形测量系统的优化设计

在明确线结构光360°旋转体面形测量的基本原理的基础上,对系统的结构进行了性能分析和模拟计算,得出了系统参数,即CCD与激光器之间的基线距离L、工作距离D、透镜的焦距f以及CCD自身的参数与系统测量分辨率和测量范围之间的关系。最后在满足系统测量分辨率和测量范围的条件下,给出了系统的结构参数。     

光度测量图像智能阈值降噪方法

为了提高光度测量精度,通过对光度测量过程中的入射散粒噪声、天光散粒噪声、暗电流散粒噪声、读出噪声的来源进行详细分析,有针对性地描述了降低各种噪声的方法,并针对暗电流散粒噪声与读出噪声及其他噪声残留提出了一种基于灰度直方图统计的智能阈值降噪方法;大幅消除了噪声对测量结果的影响,通过对恒星测光图像降噪前后光度计算结果的精度比对发现,采用这种方法将光度测量精度从原来的0.314 Mv提高到0.092 4 Mv,精度改善效果明显,并且解决了使用CCD测量光度结果不稳定的问题,具有较好的应用价值。     

光场强度分布测量中CCD噪声的校正北大核心CSCD

为了有效抑制CCD测量噪声带给激光对比度分布测量的影响,基于对比度测量模型,利用CCD测量噪声的先验知识及其输出观测值,给出了CCD噪声的校正方法。与现有计算方法的比较表明,该方法可以有效抑制CCD测量噪声带给测量的影响,其扩展不确定度从0.6%降低至0.3%,降低了测量不确定度,提高了测量的置信度。     

星载差分吸收光谱仪噪声分析及处理方法

噪声对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪信噪比具有重大影响,其是衡量光谱仪成像质量和痕量气体反演能力的标准。为量化并去除光谱仪系统噪声从而提高信噪比,分析了光谱仪噪声来源并给出了相应噪声模型,在此基础上建立了光谱仪信噪比模型。研究了入射光强度、积分时间和系统增益对系统信噪比的影响。通过光谱仪辐射定标试验数据对不同工作模式和不同参数与信噪比的关系进行了对比验证。并提出主要系统噪声的处理方法：利用线性拟合取截距法确定系统偏置噪声;在地面利用暗电流温度相关性获得温度修正因子实现载荷在轨暗电流校正;在探测器响应线性范围内利用两点校正法对PRNU噪声进行修正。结果表明：全幅成像模式下,可见1通道电子学偏置噪声响应DN值2 625,可见2通道电子学偏置噪声响应DN值2 763;暗电流噪声在CCD成像面温度高于0 ℃时占主要部分,温度下降至-20 ℃时其余噪声起主导作用,验证了CCD最佳制冷温度;光谱仪信噪比随着入射光响应和积分时间的增加而增大,系统增益不会影响信噪比;PRNU噪声通过校正得到明显改善,由3.32%下降到0.47%,提高了光谱仪成像质量。该噪声分析和处理方法对后期光谱数据的痕量气体反演提供帮助。     

微型光谱仪增益及读出噪声的测量方法

精确地测量增益及读出噪声对微型光谱仪性能评价及光谱数据处理十分重要。基于微型光谱仪的噪声原理,推导出输出信号与噪声的函数关系,从而提出了一种测量微型光谱仪增益及读出噪声的方法,并以此搭建了测量系统。对自主研制的微型光谱仪进行了测量,得到其增益为2.02e-/ADU,读出噪声为68.92e-。与光子转移曲线法和暗光谱法测得的实验数据进行对比,进一步验证了该方法的可行性和有效性。该方法理论推导过程严谨,操作过程简单,可广泛应用于各型号微型光谱仪增益及读出噪声的测量。     

微型光谱仪的数据噪声处理

原始信号的噪声处理是微型光谱仪器数据处理的重要组成部分,为了提高在弱光照射下便携式微型光谱仪的工作性能,在分析了线阵CCD探测器的各种噪声来源基础上,指出依靠硬件电路去除噪声在微型仪器设备应用的局限性。虽然判断一段离散数据曲线上噪声大小可以采用解析几何或者傅里叶变换得到特征频谱来判断,但是运算复杂,不利于在单片机应用中编程。通过对Freeman方向链码的分析,提出利用Freeman方向链码判断一段曲线上的噪声程度,量化后作为平滑窗口尺寸选择的依据。在处理线阵CCD输出信号中将该方法与固定窗口曲线平滑或者FFT数字滤波器进行了比较,证明了其可行性。Freeman链码的应用简化了在单片机编程中使用数字滤波器的大模块的编程,降低了编程难度,同时使信号噪声的处理仅仅在数学运算阶段中,不引入其他的电路噪声,从而达到比前期增加电子元件处理的方法能更好地抑制噪声的目的。     

基于银膜孔阵列超强透射效应的相敏表面等离子体共振传感器的仿真研究(英文)

We present an ultra compact and high resolution free space optical spectrometer and demonstrate it by using FDTD simulations. The miniature interferometer-based spectrometer is a series of submicron phase objects on a polymethyl methacrylate(PMMA) film with a CCD as the detector. The spectrum is obtained by solving a system of simultaneous linear equations. The Tikhonov regularization method is used to achieve a resolution at the picometer level. Compared with conventional spectrometers, the proposed device...     

基于亚微米尺度干涉阵列的超小型高分辨光谱仪(英文)

We present an ultra compact and high resolution free space optical spectrometer and demonstrate it by using FDTD simulations. The miniature interferometer-based speetrometer is a series of submicron phase objects on a polymethyl methacrylate（PMMA） film with a CCD as the detector. The speetrum is obtained by solving a system of simultaneous linear equations. The Tikhonov regularization method is used to achieve a resolution at the picometer level. Compared with conventional speetrometers, the proposed device is low-cost and easy to fabricate due to its simple structure. Furthermore, its compact feature renders the device ideal for miniaturization and integration as the systems in microfluidics architectures and lab-on-chip designs.     

高分辨率MPT全谱仪的研制及性能测试

研制了采用模块化设计的高分辨率MPT全谱仪。新研制的MPT全谱仪采用了全内置连续可调微波功率源、中阶梯光栅分光和紫外增强面阵CCD检测等多项先进技术,该仪器具有分辨率高、检测波长范围宽、灵敏度高、模块化等优点。对该仪器对26种元素检出限、光谱分辨率、多元素同时检测及实际样品测定等的考察表明其结果令人满意。     

机载成像光谱仪CCD制冷系统设计与实现

为减小紫外成像光谱仪中CCD暗电流噪声,提高系统信噪比,需要对CCD进行制冷.为此采用模拟比例-积分-微分电路设计了CCD制冷电路,利用Zregler-Nicholas经验整定方法确定比例-积分-微分参量,以实现降温速率不大于5℃/min、温度稳定度为±0.05℃,满足最大制冷温差.将该制冷系统应用于机载成像光谱仪进行了测试,结果表明:环境温度变化不会影响制冷效果,在达到制冷目标温度-20℃后,CCD探测器暗背景下光谱维噪声平均灰度响应值为1 072,暗背景信号非均匀性下降到0.5%,满足光谱数据反演要求.     

微型光谱仪光学结构研究

光谱仪是光谱学和光谱技术中最基本的分析仪器之一,仪器的小型化对于扩展仪器使用范围有很大的帮助。设计一种微型可见光CCD摄像光谱仪的光学结构,通过理论计算,选用合适的光纤、平面定向光栅和凹面反射镜,并将它们合理组合,采用聚焦反射和分光的方法,将待测光进行色散,直接投射到CCD接收器件的表面。最后对设计的仪器性能进行了分析。结果表明：仪器的光学结构大大简化,整体尺寸减小,且精度有一定程度的提高。