膜厚监控系统的光谱宽度对窄带滤光片性能的影响

讨论了膜厚监控系统的光谱宽度对波分复用窄带滤光片特性的影响,分析了监控过程中所出现的信号异常现象,其主要原因是控制光光谱宽度以及控制波长与滤光片中心波长不一致,所以控制光光谱分辨率必须小于单个法布里-珀罗滤光片最后2层膜折转点波长宽度的一半,即对100GHz的滤光片,监控系统的光谱宽度必须小于0．2nm。一旦产生中心波长偏离,就必定产生厚度控制误差。讨论了高折射率膜和低折射率膜的信号变化规律,发现当中心波长比监控波长长时,虽然信号变化规律正确,但判读到极值时的膜厚变薄。中心波长偏离越长,厚度将越薄。而当中心波长比监控波长短时,信号将出现反转。中心波长越短,反转量越大。最后指出了监控误差对滤光片Tmax和半峰全宽的影响。     

基于宽光谱监控的光学薄膜自动控制技术

单波长监控很难精确控制宽波段上的光学特性.若采用宽光谱扫描可以在很宽的波长范围内监控薄膜特性,则控制既直观又准确.虽然宽光谱监控的思想很早就提出了,但这项技术的实用性一直不高.开发了一套宽光谱监控系统,使用线阵CCD配合计算机,可以实现光谱快速扫描.通过采用一些特殊的方法,系统可以达到较高的精度.配合改进的光学薄膜监控软件,可以满足基于宽光谱监控的自动控制要求.     

碳卫星超光谱探测仪地面光谱定标

碳卫星超光谱探测仪聚焦于陆地生态系统植被碳汇和森林蓄积量探测,利用670～780 nm谱段的光谱绘制植被荧光的时空分布规律,满足全球碳汇定量监测、森林植被生产力评估的需求。如何有效地标定超光谱探测仪的光谱参数,建立探测仪和被测光谱信息的对应关系是定量化反演的基础。通过光栅方程推导了超光谱探测仪的光谱数据误差模型,并结合光学系统的弥散斑分布函数,卷积得到了超光谱探测仪的仪器线形函数(ILS)分布规律。仿真结果表明,仪器线形函数是缓慢变化的,在一个小光谱范围内ILS可以近似认为是一致的;波长误差是一个系统误差,主要由光栅制造误差等引起,采用已知波长特征谱线标定的方法可以消除。通过真空罐模拟在轨环境,建立了包含可调谐激光器、波长计、旋转散射片、积分球和平行光管等装置的光谱定标系统,提供线宽小于0.001 nm均匀分布的单色标准光源,利用自动化数据处理系统测试探测仪响应曲线和单色标准光源的对应关系,标定超光谱探测仪的光谱参数。超光谱探测仪光谱采样率2.5像元左右,单波长光谱的有效数据点少,无法给出ILS函数的精确数据,以0.015 nm波长间隔单波长扫描的新方法将光谱采样密度提高2个数量级,高...     

CCD在光学镀膜宽带膜厚监控系统中的应用研究

讨论了 CCD的主要特性及对宽带膜厚监控系统的影响 ,介绍了典型的 CCD数据采集系统。建立了一套基于 CCD的宽带膜厚监控系统 ,并对该系统进行了光谱标定及光谱补偿 ,给出了提高信噪比及减小非线性影响的处理方法。     

膜厚宽带监控系统中背景噪声的抑制

根据CCD器件只适于检测直流或缓变交流信号的特点,基于CCD膜厚监控系统和CCD探测器的强背景噪声环境,利用步进电机的可控、可知性,实现了步进电机与CCD数据采集卡的精确匹配,完成了信号在亮周期和暗周期中的精确采样。结果表明,背景噪声得到了有效的抑制,保证了实测光谱曲线的准确性。     

多光谱多点标定的CCD二维温度场重建方法的研究

以多光谱技术作为基础,针对CCD二维温度场测量的特点,提出了彩色CCD二维温度场多光谱真温在线多点标定系统。通过对多光谱辐射测温理论和CCD的测量模型的分析,推导出气体燃烧时的真温与CCD亮度之间的近似关系。使用多光谱多点测温技术计算出多点的发射率和真温并使用这些真温值完成CCD面阵上与之对应点的真温标定。将该真温标定系统应用于CO₂激光焊接火焰的二维温度场测量过程中,不但得到了波长与光谱发射率之间的变化规律同时也得到了CO₂激光焊接火焰的二维真温分布图。研究提出的多光谱标定技术具有实时性、灵活性的特点, 是一种可行的CCD在线真温多点标定与测量的方法。     

宽波段太阳辐照度仪光谱定标方法研究

宽波段太阳辐照度仪采用fèry棱镜分光,利用线阵CCD反馈控制光谱扫描,波长覆盖范围为400~2 500nm.为实现该仪器的高准确度光谱定标,在实验室内利用单波长激光器和OPO激光器分别作为光源.通过光谱扫描,得出定标波长与CCD像元的对应关系.根据棱镜参量和光路设计参量推导出全波段内光谱定标方程,实现全波段光谱定标.通过与其他特征波长比较,分析得出光谱定标合成不确定度优于0.5nm.用定标好的仪器进行室外测量,将测量结果与大气辐射传输软件modtran4模拟结果相比对,可得实际测量的大气吸收峰与模拟结果一致.将该方法在红外波长区域定标结果与传统的多项式拟合光谱定标方法对比,显示该定标结果优于传统多项式拟合方法.证明该定标方法的正确性和仪器设计的合理性.     

基于棱镜扫描法的太阳光谱仪光谱定标

为了标定扫描式棱镜太阳光谱仪的棱镜不同转动角度对应的中心波长和光谱带宽,利用了一种棱镜扫描方法对太阳光谱仪的光谱响应函数进行测量。该方法使用固定的单色光波长,控制棱镜转动实现单色光的像在探测器位置扫描,并通过坐标映射得到响应位置的光谱响应函数。文中根据光谱响应函数的定义,推导出棱镜扫描法与单色仪波长扫描方法波长定标原理上的等效性。之后分别以532 nm固体激光器和632.8 nm氦氖激光器为光源,使用棱镜扫描法测量太阳光谱仪对应波长位置的光谱响应函数,并以单色仪波长扫描法实验作为对比。实验结果表明,对于扫描式棱镜太阳光谱仪,棱镜扫描法测量的中心波长分别为531.86和632.67 nm,其准确度优于单色仪波长扫描法测得的531.39和631.97 nm。由于不受单色仪性能的限制,前者测量的光谱带宽值也优于后者。最后以汞灯为光源使用棱镜扫描法对太阳光谱仪进行了光谱定标实验,实现了特征光谱定标法结合棱镜扫描法对中心波长及光谱带宽的标定。该方法同样可以应用于扫描式光栅光谱仪以及单色仪的光谱定标。     

探测器光谱响应对光谱仪器波长标定中谱峰位置的影响

一般光电探测器的光谱响应是随波长变化的,这在光谱仪器进行波长标定的过程中,可能会改变标定谱线峰值所在的位置,从而影响标定结果的准确度。为此,针对采用阵列探测器的光谱仪器,建立了以高斯线型为标定谱线轮廓的模型,分析了谱线在探测器上经光谱响应调制及积分抽样后峰值位置发生移动的情况,给出了保证在峰值位置不偏移的情况下探测器光谱响应需满足的条件,特别给出了当仪器分光元件为光栅时,在该条件下结合仪器参数的表达式。为保证光谱仪器波长标定的准确度,在仪器设计阶段,可应用此条件选择适宜的探测器;在仪器应用阶段,亦可根据实际探测器参数,应用此条件选择适宜用于标定过程的谱线。     

基于面阵CCD的瞬态光谱检测方法研究

针对瞬态光谱检测中对CCD线扫描速度要求高的特点,提出一种基于面阵CCD的瞬态光谱检测方法。该方法通过改变面阵CCD的电荷转移方式,以实现基于面阵CCD的高速线扫描。为了探究此方法的可行性,初步通过改变线阵CCD的电荷转移方式,建立了基于线阵CCD的单点超快探测系统。在发光二极管(light emitting diode,LED)光脉冲探测实验中,系统分别工作在单点超快探测模式和正常模式下。测试结果表明,基于线阵CCD的单点超快探测方法是可行的,单点探测速率可达20MHz。从而在理论上证明,通过改变CCD电荷转移方式以实现基于面阵CCD的瞬态光谱检测也是切实可行的。     

大视场宽谱段高分辨率分波段机载紫外-可见光成像光谱仪设计

紫外-可见光(200～500 nm)成像光谱仪是空间遥感的重要组成部分,本文基于机载紫外-可见成像光谱仪的特殊性和实际应用要求,提出了一种采用面阵CCD的摆扫式成像光谱仪,这样既克服了传统线阵CCD摆扫式成像光谱仪空间分辨率低的缺点,同时又弥补了推扫式成像光谱仪视场范围有限的缺点,能够满足大视场、宽谱段、高分辨率成像光谱仪的应用要求;此外,考虑400～500 nm波段中200～250 nm波段二级光谱的影响和<290 nm的短波区和>310 nm的长波区两个波段相差3个数量级的辐射波动,采用了分波段、分系统的方式独立进行消杂光光谱成像。在系统结构设计方面,本着高性能、低成本的设计理念,选用了两镜同心系统作为望远系统,Czerny-Turner平面光栅结构作为成像光谱仪系统的光学设计方案;设计了一种不使用任何辅助光学元件,全部采用球面镜结构的成像光谱仪。整个系统结构简单、紧凑,性能优良, 可行性好。全谱段、全视场调制传递函数值在0.6以上。     

CCD光谱层析技术重建氩等离子束射流三维温度场

根据谱线相对强度法,提出了利用正交面阵CCD光谱层析技术,实时重建氩等离子束射流三维温度场的方法.通过CCD获得的待测场图像与没有射流射出时在待测场处放置的坐标纸图像进行比对,测最了实际待测场的大小;利用步进电机带动光纤探针对待测场进行扫描,通过光谱仪获得了待测场的光强分布.根据谱线相对强度法中谱线选取的原则,选择了696.5和763.5 nm两条谱线作为研究对象.为防止CCD接收光强过饱和及待测场边缘光谱信息的损失,根据待测场的大小和光强分布设计了梯度衰减片,再通过窄带滤波片获得了待测场的光谱信息.结果表明与光纤光谱扫描法获得的结果吻合较好,不确定度为3.3%.系统满足了实时重建三维温度场的要求,为等离子束射流后续的密度场、压力场和速度场的实时诊断提供了坚实基础.     

一种监控膜厚的新算法

光学薄膜的光学特性与其每一膜层的厚度密切相关,为了制备出符合要求的光学薄膜产品,在制备过程中必须监控膜厚。光学薄膜实时监控精度决定了所镀制的光学薄膜的厚度精度。针对光电极值法极值点附近监控精度低、无法精确监控非规整膜系的缺陷,提出了新的光学薄膜膜厚监控算法。该算法通过数学运算,使得光学薄膜的光学厚度与透射率呈线性关系,并且有效地消除光源波动、传输噪声等共模干扰的影响,算法精度可控制在2%以内。     

基于电荷耦合器件的数字光谱分析仪的研究

光谱仪器是光学仪器中一种重要的组成类型。主要研究和搭建了基于电荷耦合器件(CCD)的数字光谱分析仪,将光学系统、CCD、数据采集卡和光谱分析软件组成完整的数字光谱分析系统,实现了系统的数字化、自动化、小型化和便携化。设计了光谱分析软件以实现光谱信号的采集、显示、处理、寻峰、标定和存取,开发了光谱分析类库（SAL）,提高了软件的可移植性,简化了后继软件开发。使用标准汞灯对数字光谱分析仪进行了标定,并使用激光笔发出的红光对软件的正确性进行了验证。该系统主要适用于现场远距离军用目标的实时探测,同时也可兼顾民用。实验结果表明,该数字光谱分析仪有较好的准确性及可重复性。     

数字全息成像技术测量侧边抛磨光纤包层剩余厚度

测量侧边抛磨光纤（side polished fiber,SPF）的包层剩余厚度对其应用有重要的指导意义,现今的测量方法均有所不足,现提出一种基于数字全息技术的测量方法。利用单模光纤纤芯折射率比包层折射率高的特点,基于数字全息成像技术,通过角谱传播法对二维全息图进行相位重构,并通过精确最小二乘法解相位包裹,得到侧边抛磨光纤的相位分布图。根据重构的相位分布图,进一步运用相关的边缘提取算法处理得到侧边抛磨光纤包层剩余厚度。实验测量结果与电子扫描电镜（SEM）测量结果相比,测量相对误差小于0.5%。这种测量方法是一种直接测量方法,减小了间接测量法中由于光纤不对称以及SPF轮廓边缘衍射所带来的测量误差,为侧边抛磨光纤包层剩余厚度的无损、在线测量提供了一种新的途径。同时,此方法还可应用于测量其他特种光纤,例如光子晶体光纤、微纳光纤等。     

CCD皮秒扫描成象对光系统发射光谱研究

采用82MHz、514.5nm的Ar⁺激励光源,通过我们所建立的CCD皮秒扫描成象发射光谱装置分别对PSⅡ颗粒,内周天线CP43、CP47,外周天线LHCⅡ四种样品的发射光谱进行扫描成象,直接、快速地获得了它们的发射光谱曲线.通过分析认为,PSⅡ的发射荧光很大程度上是由内周天线CP47中的叶绿素a所发出的.     

污染气体扫描成像红外被动遥测系统实时数据处理研究

使用红外被动遥测技术可实现污染气体的远程监控和预警. 该技术应用过程中, 获取背景辐射是进行定量解析的关键, 在已有的应用中, 多采用同条件测量法和上风口测量方法获取背景光谱和环境光谱, 但这些方法均需要提前或者同时测量无目标物的背景光谱, 难以在实际应用中满足快速响应的需求. 本文基于红外辐射传输模型分析, 通过研究在800–1200 cm^-1波段内的实测光谱中同时包含目标、背景和环境辐射的基本原理, 采用了一种不需要事先测量背景的目标特征的背景光谱实时提取算法, 通过将该方法应用于自主研制的污染气体扫描成像红外被动遥测系统, 以六氟化硫为示踪气体, 开展了遥测验证实验. 将获取的浓度数据与应用同条件测量法获取的数据进行了比较, 结果显示两者的相关系数平方值达到0.99, 表明该方法切实可行, 可有效提高系统的响应速度和适用范围. 关键词： 傅里叶变换红外光谱 被动遥测 实时光谱提取算法