不同线型的圆光栅副对光电信号的影响

在轴角编码器的应用中 ,由于其基准元件的圆光栅副的工艺制作、参数 (尺寸、每周线数等 )及使用情况的不同 ,将对光电信号产生较大的影响。通过对三类线型的圆光栅副的理论计算和数据分析 ,图示了各类线型的圆光栅副在每个位置处的 (内径处、中径处和外径处 )透光强度 (即光电信号 )的相对变化 ,列表计算了等宽线条的圆光栅副在不同的每周线数值及中径处占空比不同时的各处光强的相对值 ,并由此推出了光电信号图形形状发生的变化。这些结论将对圆光栅副线型的设计、加工、调试和使用具有较大的参考价值     

光电直读光谱分析中的空白校正法及应用

运用空白校正校正在光电直读光谱分析中因试样类型，组织结构，成分含量，仪器波动和基体效应等因素造成的系统误差，本文对空白校正的方法原理，操作要点，实现过程及应用也作了介绍。     

制作高密度衍射光栅的光电式刻划控制的研究

高精度的光电式刻划控制系统是制作高密度母光栅的关键技术,以光栅干涉仪为控制核心,设计了光电式的光栅刻划控制系统,并对可能产生的加工误差进行了初步的分析;采用该控制系统的光栅刻划实践表明,所设计的光电式刻划控制系统已完全达到了高密度衍射光栅的亚微米栅距分度要求。     

利用双光栅的多普勒频移测速度

衍射光的多普勒频移是与光栅运动速度有关的量.激光束依次通过动光栅、静光栅衍射,然后使1对光频不同、彼此平行又能部分重叠的衍射光束通过硅光电池进行光电转换,得到的信号电流的频率等于多普勒频移.信号电流经I/V转换、f/V转换和A/D转换后,由单片机测出电压,由此就可以确定动光栅的运动速度.最后对利用双光栅的多普勒频移测气垫导轨上滑块的速度进行分析和讨论.     

基于空间滤波测速系统的分析和验证

光电测量技术由于具有抗干扰和非接触的特点,在工业生产中被广泛应用。介绍了一种基于空间滤波原理的非接触速度测量方法。该方法将传输光栅作为空间滤波器,对运动信号进行滤波,由光电检测器检测信号,处理后得到速度信息。通过仿真和实验证明该方法具有很高的测速精度,能够在实际应用中得到推广。     

应用于增量式光电编码器的相关自适应滤波方法

为了改善增量式光电编码器的莫尔条纹光电信号质量,降低主计数信号中高次谐频的影响,提高信噪比达到输出稳定的正弦波形,本文深入地研究了莫尔条纹光电信号中的高频信号和噪音信号产生的原因及其相关自适应滤除方法,从宏观和微观两个方案分析光栅副的屏函数,研究莫尔条纹光电信号输出波形的不确定原因,并且提出采用相关自适应滤波方法将高频...     

软X射线并联平场光栅的设计

为了拓宽软X射线平场全息凹面光栅的工作波段,提出了并联平场全息凹面光栅的优化设计方法。利用遗传算法,将两块工作波段不同的平场光栅设计在同一基底上。两块平场光栅的工作波段分别为2~5nm和5~30nm,两者使用结构完全相同。应用光线追迹的方法,研究了并联平场光栅的分辨特性,其分辨率与现有商用平场光栅的分辨率相当。基于光程函数理论,给出了并联平场光栅的制作光路,理论设计值和光路优化值的线密度偏差在±1line/mm以内。数值模拟结果显示,并联平场光栅既拓宽了工作波段,又保证了分辨率与现有平场光栅分辨率相当,其设计适用于记录更宽波段的软X射线光谱。     

基于校正多相位快速傅里叶变换算法的叠栅条纹相位差测量

叠栅条纹相位差测量是光栅位移测量中的关键技术,在两块光栅相对运动过程中,叠栅条纹信号的频率会因光栅夹角误差的存在而发生偏移,采用传统多相位快速傅里叶变换(MPFFT)算法计算任意时刻叠栅条纹相位值会产生测量误差,导致相位差测量不准确。为了减少频偏所产生的相位测量误差,提出了一种校正MPFFT相位测量算法,推导出了基于相位差校正法的MPFFT谱校正模型。仿真结果表明,在无噪声情况下,当光栅夹角误差为0.1°时,信号的最大频率偏移量约为4.19kHz,传统MPFFT相位测量误差大于100°,经相位校正后,相位测量误差小于0.2°,相位差测量误差小于0.004°;在高斯噪声和谐波干扰情况下,相位差测量误差小于0.2°,当取栅距为20μm时,相位差测量误差所产生的位移测量误差小于0.0111μm,为光栅位移纳米级测量提供了参考。     

凹面光栅衍射效率的研究进展

凹面光栅因同时具有聚焦和色散功能而广泛应用于各类紫外、可见和红外波段的光谱分析仪器中,尤其是平场凹面光栅可以结合线阵或面阵探测器来实现即时分析。凹面光栅衍射效率的高低直接影响光谱仪器的信噪比和信号采集,其相关研究也逐渐为人们所关注。介绍了凹面光栅衍射效率的研究进展,比较了由机械刻划法和全息法制作的凹面光栅在掠入射下衍射效率的差别,分析了现有计算衍射效率方法的优缺点,并且对凹面光栅衍射效率的研究趋势做了简要预测,提出了需要同时在凹面光栅的主截面和非主截面内考虑光束对其衍射效率的影响。     

双光栅平场全息凹面光栅光谱仪的优化设计

提出了双光栅平场全息凹面光栅光谱仪的优化设计方法.将使用波段一分为二,由两个使用结构相同的平场全息凹面光栅分别进行光谱成像以达到提高光谱分辨率的目的.根据全息凹面光栅像差理论,对光栅的使用结构和两光栅各自的制作结构进行优化求解以校正离焦、像散、彗差和球差等各种像差.据此原理设计了工作波段为200~800 nm、探测器长...     

基于新型长周期光纤光栅的低成本应变传感系统

首次利用高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅的边缘滤波效应，实现了静态与动态应变的测量.使用单波长输入光，光信号经过长周期光纤光栅衰减后进入光电探测器，最终输出电压信号.当对光栅施加应变时，其中心波长将发生漂移，由于光栅阻带的边缘滤波效应，光电探测器接收的光强会随之变化，测量其输出的电信号，可以得出光栅发生的应变大小与频率.对于静态应变测量，可分辨的最小应变小于10 με，精度为±10 με;在动态实验中,发现光栅能够响应5 kHz以上的动态应变.这种传感系统结构简单，成本低,响应快.     

空间外差光谱仪系统级平场校正方法研究

空间外差光谱仪单独进行面阵探测器校正无法满足系统级响应非一致性校正需求,传统均匀光源照射和列平场等方法对空间外差光谱仪并不适用。首先简要阐述了空间外差光谱仪传统挡光臂平场方法原理,指出传统挡光臂平场方法存在测量单臂数据在光栅胶合后与实际干涉数据不匹配的问题,不匹配形式包括像元级、亚像元级平移和旋转。针对实验室现有实验装置分析了平场系数配准精度的影响,通过分析单臂数据不同偏移量与光谱偏差之间的定量关系,得出本实验装置平场系数的配准精度需要优于0.1像元。根据配准需求,采用对数—极坐标变换求出旋转角度和相位相关方法进行像元级平移量计算,通过基于矩阵乘法的DFT实现亚像元级平移量的估算。最后总结了系统级平场方法的流程,利用实验室装置对空间外差光谱仪系统级平场方法进行了验证,通过对光栅位置的微量调整模拟实际胶合后干涉仪整体状态,对模拟胶合后数据采用平场校正流程与单臂数据完全匹配下校正后的光谱对比显示,二者之间光谱平均偏差为0.6%,与不校正时4.1%的光谱偏差相比,校正后光谱复原精度大大提高,为后续进一步数据处理奠定基础。     

一种增益可调掺铒光纤放大器的研究

在所设计的增益可调掺铒光纤放大器中,采用可编程控制器PC机控制可变直流电压源引发压电陶瓷的电致伸缩效应,导致光纤布拉格光栅的Bragg波长发生漂移,实现被调制参数的变化.分析了双光纤光栅受到压电陶瓷电致伸缩效应时的反射谱变化规律和增益可调掺铒光纤放大器的放大特性.由该放大器的增益与输入信号功率的关系得出小的波长间隔,增益较小,但控制范围较大;大的波长间隔,增益较大,但控制范围较小的结论.在输入宽带光源时,得到两光纤布拉格光栅在不同中心波长之差时的掺铒光纤放大器的增益特性.     

波长可调谐激光雷达系统设计

以OPO激光器为光源,设计了一台激发波长在192~2 750nm范围内连续可调谐的激光雷达系统.分光系统由可旋转光栅和小孔光阑构成,通过调节光栅的衍射角,实现不同波长回波信号的有效接收.光电倍增管用于紫外和可见光波段回波信号的光电转换,InGaAs探测器用于红外波段回波信号的光电转换.后续数据采集及处理由专用采集系统和PC机完成.利用美国标准大气模型对系统在不同波段的探测能力进行数值仿真,验证了系统的可行性.该系统实现了激光雷达激发波长的大范围扩展,对精细反演近地表气溶胶微物理特性具有重要的研究意义.     

平条纹面介质光栅衍射之二阶耦合波理论的进一步推广

本文在Moharam等人工作的基础上,对现有的平条纹面介质光栅衍射的二阶耦合波理论作了进一步推广。文中理论分析严格地建立在定态麦克斯韦方程组的基础之上。因此,原则上,按照本文所介绍的方法可以借助计算机得到具有任意所需精度的结果。 本文所研究的对象是平条纹面介质光栅。文中除要求光栅介质具有平面等值面及平面表面外,对光栅结构没有其它限制。本文允许照明光波以任意方向入射(特别是,允许入射面与光栅矢量面成任意夹角)。此外,本文还允许入射光具有任意的偏振状态,并以一系列琼斯矩阵表示光栅的衍射特性。这意味着本文把光栅也当作一种偏振元件来处理。     

光电校靶中捷联惯导轴线的表征校准方法

光电校靶采用捷联惯导系统,需将惯导轴线用光电自准直系统表征捷联,用于对设备轴线的测量。光电自准直系统所表征的轴线与惯导轴线的一致性是影响校靶精度的重要因素,为提高光电校靶系统测量精度和效率,提出了一种惯导轴线的光电表征和校准方法。该方法是在分析测量结果偏差与一致性关系的基础上,采用实验数据拟合的方式得到自准直系统光轴与惯导轴之间的角度偏差值,用于系统修正,从而实现高精度校准。通过试验,将传统光机校正法和光电校准法结合使用,可大幅度提高系统校正效率,同时得到惯导与光轴一致性精度在15″以内。试验结果表明,与传统光学平晶引出的光机校正法相比,该方法的表征准确度和校准精度更高,适用于高精度惯性测量系统。     

平焦场光栅光谱仪

 介绍了用于X光能谱测量研究的平焦场凹面光栅光谱仪的原理、结构及象差校正的设计方法。利用2 400L/mm的变栅距光栅设计和建立了一台平焦场光栅光谱仪，其测谱范围为1.5～10nm。通过在星光装置上利用该谱仪测量C10H16O6等离子体的发射谱线，对谱仪进行了实验考核，表明该谱仪分辨率达到0.02nm。并成功应用于辐射加热等离子体的吸收谱测量研究中。     

光栅光谱仪光谱响应误差校正

针对由器件光谱特性引起的光栅光谱仪测量误差问题,提出了一种误差校正方法,并对该技术中的理论模型、数值提取算法和精度、误差校正精度进行了研究。首先,在深入剖析光栅光谱仪工作原理的基础上,建立了光谱误差校正的理论模型;其次,在研究光栅、探测器、反射镜等核心器件光谱特性曲线典型特征的基础上,提出了器件光谱响应参数提取算法,并对该算法的精度进行了实验研究;最后利用本文所建立的理论模型和数值提取算法对光栅光谱仪测得的溴钨灯光谱进行了校正,并将校正后的结果与溴钨灯标准谱线进行了比较。实验结果表明,本文所提出的数值提取算法的平均误差为0.39%,校正后的光谱曲线与溴钨灯标准光谱曲线一致,说明本文所提出的校正技术能够有效消除器件光谱特性引入的误差。     

获得高质量Moire条纹信号的一种新方法

在细栅距的幅光栅系统中，衍射效应是很明显的，其能量约占总能量的１０～４０％左右，这种衍射光是造成Ｍｏｉｒｅ光电信号对比度不好和正弦性差的根本原因。本文分析了衍射光栅副±１级Ｍｏｉｒｅ条纹的位相关系与光栅副间隙等因素的关系，提出了利用±１级Ｍｏｉｒｅ条纹来获得高质量Ｍｏｉｒｅ条纹信号，实际应用，效果良好。     

基于匹配光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的应变解调方法

提出并实验验证了一种基于匹配光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的应变传感器解调方法,该方法综合了光纤法布里-珀罗干涉技术和匹配光纤光栅滤波法的优点.通过半导体制冷片和压电陶瓷组成的闭环负反馈控制系统,精确调节匹配光栅法布里-珀罗干涉仪的温度和应变,有效解决了光栅法布里-珀罗干涉仪的失配问题,从而保证系统静态工作点处于最佳匹配位置,同时能够避免探头因环境温度波动导致的测量误差.实验结果表明,该系统能够响应50~800 Hz的输入信号,应变最小分辨力至少为0.4 nε/Hz^1/2,解调灵敏度高,且不受环境温度波动的影响,因而在动态应变或振动测量中具有较高的实用性.