平行转镜式光谱仪原理与误差容限分析

采用光路展开法,利用调制度与相位误差两种判据,分析平行转镜在转动过程中的晃动、平行转镜的平行度、定镜的倾斜误差以及视场角等因素对平行转镜式光谱仪误差容限的影响.分析表明:平行转镜的晃动是平行转镜式光谱仪最重要的影响因素,但由于平行转镜的连续快速转动,惯性的作用会显著降低转动过程中的晃动影响;系统对平行转镜的平行度不敏感,对定镜的倾斜与视场角的误差容限与传统迈克尔逊式光谱仪相同.相对于传统直线往复运动式的光谱仪,平行转镜式光谱仪具有更高的探测速度与稳定性.同时,误差容限分析也为该光谱仪的系统设计与装调提供了理论指导.     

平行转镜式光谱仪原理与误差容限分析（英文）

采用光路展开法,利用调制度与相位误差两种判据,分析平行转镜在转动过程中的晃动、平行转镜的平行度、定镜的倾斜误差以及视场角等因素对平行转镜式光谱仪误差容限的影响.分析表明:平行转镜的晃动是平行转镜式光谱仪最重要的影响因素,但由于平行转镜的连续快速转动,惯性的作用会显著降低转动过程中的晃动影响;系统对平行转镜的平行度不敏感,对定镜的倾斜与视场角的误差容限与传统迈克尔逊式光谱仪相同.相对于传统直线往复运动式的光谱仪,平行转镜式光谱仪具有更高的探测速度与稳定性.同时,误差容限分析也为该光谱仪的系统设计与装调提供了理论指导.     

转镜式光谱仪端反射镜误差容限分析

系统分析了当转镜式干涉光谱仪端反射镜发生倾斜,致使反射光束偏转时对干涉图的影响.发现光束偏转带来的误差分为三部分：1）光束偏转导致整体增加的恒定光程差;2）垂直光轴方向因不同光线而引入的偏移光程差;3）光束中心相对于光轴的偏移量.干涉强度中的有效信号减小,同时直流分量不变,因此信噪比降低.最后从调制度和相位误差角度给出了端反射镜倾斜误差容限并讨论了减小干涉图受光束偏转影响的方法.     

迈克尔逊干涉光谱仪动镜倾斜误差容限分析

系统分析了迈克尔逊干涉光谱仪中平面动镜在运动过程中发生倾斜致使反射光束偏转时对干涉图的影响.结果表明,光束偏转带来的误差分为三部分：光束偏转导致整体增加的恒定光程差,垂直光轴方向因不同光线而引入的偏移光程差以及偏转光束中心相对于光轴的偏移量.从调制度和相位误差角度给出了平面动镜倾斜误差容限,并讨论了减小干涉图受光束偏转影响的方法.     

干涉光谱仪动镜倾斜误差容限分析

本文从调制度和相位误差角度,系统分析了双光束干涉光谱仪中,当光束孔径为圆形和矩形时,动镜运动过程中发生倾斜的影响,讨论了动镜倾斜容限以及减小动镜倾斜误差的方法.     

转镜式傅里叶变换光谱仪光程差非线性的拟合法补偿

转镜式傅里叶变换光谱仪中光程差非线性带来了干涉图周期变化和相位误差,对非线性的拟合法补偿利用采样得到的干涉图进行重构,得到不含相位和周期误差的干涉图,再按照均匀采样函数对干涉图进行二次采样,消除非线性光程差对复原光谱的影响.经过二次采样的干涉图不含周期和相位误差,可以直接使用现有的软件进行光谱复原.计算机仿真实验证明这种方法行之有效,且利用4次多项式拟合干涉图效果更好.     

反射转镜式干涉光谱仪光程差的一般表达式

对反射转镜式干涉光谱仪的原理进行了介绍,从马吕斯定律和角反射体的反射特性入手,选择转镜反射面的旋转中心作为入射光束和出射光束等波面的参考点,对反射转镜式干涉光谱仪的光程差进行了分析计算,给出反射转镜式干涉光谱仪任意时刻光程差及最大光程差的一般表达式,分析影响最大光程差和光程差变化周期的因素,为反射转镜式干涉光谱仪的设计与研制提供理论指导。     

转镜式光谱仪光程差和非线性的研究

对转镜式高速干涉光谱仪的基本原理进行了介绍,给出了无晃动和有晃动两种情况下,轴上和轴外光线的光程差公式,并对结果进行了初步分析,发现晃动将使光程差大小发生变化,但不改变轴上光线零光程差的位置.光程差的非线性是转镜式干涉仪的天生缺陷,它和转镜的折射率、工作角等参量有关,使非线性最小可得出最佳折射率为2.9左右,从光程差误差的容限可以计算出对工作角的要求,折射率为最佳时,工作角可达13.3°,根据对非线性的分析结果,给出了转镜主要参量选择的原则.     

傅里叶变换红外光谱仪动镜倾斜和动态校准研究

分析了迈克尔逊干涉仪中动镜和定镜在圆形通光孔径情况下动镜在扫描过程中倾斜对干涉调制度的影响.为满足干涉调制度要求,理论计算发现动镜倾斜角度需控制在1″以内,对应的相位误差为±6.6°以内.为了解决此问题,使动镜和定镜保持准直,采用定镜动态校准系统对动镜倾斜误差进行校准.实验结果表明,校准后的XR和YR相位误差的均方根分别为1.02°和1.25°,满足系统要求.动态校准系统能够有效地校准动镜长距离运动过程中发生的倾斜误差,对高分辨光谱仪的设计和研制具有一定的指导意义.     

低温对迈克尔逊干涉仪干涉调制度的影响

为使干涉仪能在低温下正常可靠的工作,从低温下波面畸变、动镜倾斜及分束器的性能变化几个方面讨论了低温对干涉调制度的影响.介绍了减小低温对干涉调制度影响的措施,为确定傅里叶光谱仪干涉系统光学机械零件的材料、加工准确度、装夹方式、装调要求以及干涉仪的动态控制准确度等提供了参考依据.     

转镜式傅里叶变换光谱仪光程差非线性的研究

转镜式傅里叶光谱仪中,转镜的转动形成光程差的非线性。光程差非线性是转镜材料和工作角选择时要考虑的重要因素,通过对它的研究,可以为工程实践提供指导,为进一步研究奠定基础。通过输入单色光时的情况对干涉图进行研究,发现光程差非线性使干涉图的周期发生变化;通过和光程差线性系统的仪器函数比较对复原光谱进行研究,发现非线性给复原光谱带来了噪声和波数漂移。由于光程差的变化是已知的,在光谱复原时,用非线性的光程差代替傅里叶变换中的光程差,就可以对光程差非线性进行补偿。计算机仿真实验的结果表明,这种方法效果明显,经补偿后复原光谱中光程差非线性带来的噪声基本消失。     

平行双转镜傅里叶变换光谱仪

在时间调制傅里叶变换光谱仪中,直线运动型动镜很难精确驱动,容易引起倾斜和剪切的问题。旋转型动镜可以解决该类问题。介绍了一种转镜式傅里叶变换光谱仪方案,并对其进行了原理分析和光程差公式推导,提出了工程设计约束条件。该光谱仪由一个分束器,两个固定平面镜,两面平行固定在一个转轴上旋转的平面反射镜,前置镜,后置镜及探测器组成。通过原理介绍得出,该光谱仪结构简单,两条分光光线经同一平面镜反射后干涉,使仪器更容易装调;通过光程差推算得出,该光谱仪容易实现大光程差,光谱分辨率高;通过工程设计约束及仿真分析得出,该光谱仪需要在高速旋转的条件下实现高分辨率采样,容易实现精确运动控制,稳定性好,测量速度快。     

基于高速转镜的高分辨率干涉光谱仪非线性理论研究

介绍一种基于高速转镜的高分辨率光谱仪的原理,讨论了光程差的非线性与转镜转角θ、折射率n的关系,给出光程差的一般公式,并讨论了一般空间光线的光程差,及系统非线性变化规律.计算得到了使非线性最小的理想的材料折射率值,并通过计算机仿真,进行了验证.     

转镜式高灵敏度干涉光谱成像仪ROSI的设计方法

介绍了转镜式高灵敏度干涉光谱成像仪(ROSI)的设计计算方法,包括系统基本参量计算、光程差与干涉仪结构参量和转镜角度的关系以及转镜转速与探测器采样帧频的关系等,同时,分析了像点位移与探测器采样之间的失配问题,并给出了最小采样频率公式.     

傅里叶变换红外光谱仪干涉仪系统的设计

设计了一种基于立体角镜与固定平面镜组合的干涉仪系统,以解决传统傅里叶变换红外光谱仪中干涉仪系统由于动镜的倾斜与横移影响光谱质量的问题。系统包含一对立体角镜,两面相互垂直的固定平面镜,以及分束器。通过对立体角镜的倾斜与横移、立体角镜垂直度误差以及两固定平面镜的倾斜与垂直度误差对干涉信号初相位与调制度的影响进行分析,表明立体角镜的倾斜与横移、固定平面镜的垂直度误差等因素不会影响干涉信号的初相位与调制度;通过对干涉仪进行实际测试表明,仪器具有结构简单紧凑、密封性好、分辨率高以及抗震性强等优点。     

The vibration of a rotating circular string subject to a fixed elastic restraint

The natural frequencies of a rotating circular string, subject to a fixed elastic restraint, are calculated. This simple system is important because its dynamic behavior has most of the characteristics of more complex rotating systems. The variation of the natural frequencies with change in rotation speed and spring constant is examined. The results show “avoided crossing”, a characteristics of eigenvalue problems where there is coupling between modes. When the string is rotating, the vibration is harmonic, but it does not have a uniform phase at all points in space. At particular rotation speeds, standing waves are formed which have stationary nodal points. The phase within these standing waves is also non-uniform, except when the string is stationary. The critical rotation speed, at which all the natural frequencies degenerate to zero, is independent of spring stiffness.     

地平式望远镜消旋K镜的设计

地平式望远镜在进行天体目标跟踪观测时会产生像旋,即视场中的星体会围绕视轴中心旋转,给实时目标识别和基于多帧积累的图像处理算法带来了诸多不便.本文针对地平式望远镜的Coude光路,设计了一种通光口径较大,由三面平面反射镜组成的K镜消旋机构来消除像旋.消旋K镜由三面反射镜组成,通光口径为42 mm,第一面反射镜与第三面反射镜的夹角选择为120°,使K镜通光口径较大,能在全光谱波段范围内使用.入射光线绕光轴转动一定的角度,K镜相应的转动入射光线转角的一半,则出射光线不产生旋转.第一面反射镜和第三面反射镜由两面平面镜固定在金属三角架上组成,替代由三棱体磨制的反射镜面,利用自准直平行光管和高准确度转台装配各反射镜,使K镜光轴和回转轴同轴,并采用直流力矩电机直接驱动,使系统具有较快的响应速度.测角元件采用Renishaw圆光栅,细分后的角分辨率为0.072″.     

地平式望远镜消旋K镜的设计

地平式望远镜在进行天体目标跟踪观测时会产生像旋,即视场中的星体会围绕视轴中心旋转,给实时目标识别和基于多帧积累的图像处理算法带来了诸多不便.本文针对地平式望远镜的Coude光路,设计了一种通光口径较大,由三面平面反射镜组成的K镜消旋机构来消除像旋.消旋K镜由三面反射镜组成,通光口径为42mm,第一面反射镜与第三面反射镜的夹角选择为120°,使K镜通光口径较大,能在全光谱波段范围内使用.入射光线绕光轴转动一定的角度,K镜相应的转动入射光线转角的一半,则出射光线不产生旋转.第一面反射镜和第三面反射镜由两面平面镜固定在金属三角架上组成,替代由三棱体磨制的反射镜面,利用自准直平行光管和高准确度转台装配各反射镜,使K镜光轴和回转轴同轴,并采用直流力矩电机直接驱动,使系统具有较快的响应速度.测角元件采用Renishaw圆光栅,细分后的角分辨率为0.072″.