基于数字微镜技术的阿达玛变换近红外光谱仪

构建了一个基于数字微镜技术的新型阿达玛变换近红外光谱仪.光学信号采用光纤引入,以光栅作为分光元件,利用数字微镜代替传统的机械式阿达玛模板进行光学编码调制,使用单点InGaAs红外探测器检测调制后的光信号,通过快速阿达玛解码还原出原始光谱.通过实验检验了光谱仪的分辨率、信噪比、稳定性以及谱图获取速度等指标.实验结果表明,...     

微型MOEMS阿达玛变换近红外光谱仪

提出一种运用微光机电系统(micro-opto-electro-mechanical systems,MOEMS)闪耀光栅,动态产生阿达玛变换模版的微型近红外光谱仪.它具有体积小、价格低、扫描速度快等突出优点.分析了这种新型近红外光谱仪的结构和工作原理,通过对MOEMS闪耀光栅编程,动态生成了 63阶阿达玛模版.实验得...     

基于MEMS微镜的傅里叶变换光谱仪原理与分析

提出了一种新型的基于可编程MEMS(micro-electro-mechanical systems)微镜的微型傅里叶变换红外光谱仪。该光谱仪采用可编程MEMS微镜和倾斜反射镜替代了传统傅里叶变换光谱仪的动镜系统。理论分析了该光谱仪的工作原理,并进行了计算机仿真,验证了该方法的可行性。结果表明,该光谱系统能够准确地还原光谱信息,其光谱分辨率在近红外区域小于5 nm,波长准确性约1 nm,系统理论上的信号采集周期约50 ms。适合于利用阿达玛变换提高信噪比,可应用于微量物质检测。     

颅脑创伤近红外实时监测技术研究

采用一套专门设计的由微创光纤探头组成的光纤光谱仪生物组织光学参数测试系统,对颅脑创伤的大鼠创伤侧和对照侧进行近红外光谱检测及脑水含量(brain water content:BWC)测定.通过采用Feeney's自由落体撞击法建立大鼠急性局灶性脑挫裂伤模型,以近红外光谱技术和干湿比重法监测伤后脑水肿的变化.实验发现:伤后1 h,伤侧脑组织已发生水肿,伤后24～72 h,伤侧脑水肿达高峰,随后逐渐下降;用脱水剂后,脑水肿情况逐渐好转,随着药物失效,水肿又一次发生.生物组织优化散射系数(Reduced Scat-tering Coefficient:μ's)与Bwc的变化规律一致,有很好的线性相关性,能够较好的反映脑组织水肿程度以及药物脱水效果.证实近红外光谱技术用于颅脑创伤实时监测的可行性,为颅脑创伤的研究提出了一种新技术.     

一种在线监测的ATR探头的设计

生物过程是一个复杂的系统,在反应过程中,会产生固态、液态、气态的过程反应物,且具有生物活性,想要准确的掌握过程反应物的种类与含量,必须对生物过程进行实时在线的监测,才能够获得准确的数据。生物过程的原位在线分析依赖于高性能的衰减全反射探头,衰减全反射技术是在线分析系统中实现原位在线测量的有力手段。通过分析衰减全反射技术的基本原理与特点,设计了一种成本低、光通量高、具有标准生物过程传感器接口的中红外衰减全反射探头,能够直接插入到生物反应器中,对生物过程反应物进行无损、零延迟的监测。实验结果表明,在线式ATR探头具有较宽的光谱范围,所采集光谱具有较高的信噪比,能够应用在生物过程的在线定量分析之中。     

阿达玛变换光谱仪狭缝衍射的编码修正

根据阿达玛变换光谱仪的原理与狭缝衍射特性,分析了光谱仪入射狭缝衍射对阿达玛变换光谱仪测量结果造成影响,对衍射情况下的阿达玛变换光谱仪的仪器结构矩阵进行了研究,得出了衍射情况下阿达玛变换光谱仪的编/解码方法,通过对入射光谱的还原分析,验证了编码/解码的正确性。该方法对阿达玛变换光谱仪的高精度光谱测量具有重要意义。     

静态双增益阿达玛光谱仪光谱的重叠错位分析与校正

为平衡光栅色散型光谱仪光通量、系统信噪比和光谱分辨率之间的矛盾,介绍了一种基于微狭缝阵列的静态双增益阿达玛光谱仪.在分析其实现静态双增益工作原理的基础上,阐述了由于阿达玛编码模板多狭缝阵列引起的光谱重叠的原因.为实现静态双增益阿达玛光谱仪光谱重叠校正,理论推导了光谱偏移量与阿达玛编码模板狭缝空间位置之间的关系,以及分光后某波长空间错位量与码元(狭缝)空间位置、波长之间的关系.仿真实验验证了此方法简单有效,无需复杂计算,修正速度快,易于编程实现.     

利用四原子Cluster态概率隐形传送两原子纠缠态

为平衡光栅色散型光谱仪光通量、系统信噪比和光谱分辨率之间的矛盾,介绍了一种基于微狭缝阵列的静态双增益阿达玛光谱仪.在分析其实现静态双增益工作原理的基础上,阐述了由于阿达玛编码模板多狭缝阵列引起的光谱重叠的原因.为实现静态双增益阿达玛光谱仪光谱重叠校正,理论推导了光谱偏移量与阿达玛编码模板狭缝空间位置之间的关系,以及分光后某波长空间错位量与码元(狭缝)空间位置、波长之间的关系.仿真实验验证了此方法简单有效,无需复杂计算,修正速度快,易于编程实现.     

一种基于MEMS光栅光调制器的近红外光谱探测系统

基于微机电系统技术的近红外光谱探测系统已成为了近红外光谱仪研究的一个新方向。文章提出了一种基于光栅光调制器的新型近红外光谱探测系统。该系统采用微加工技术制造的光栅光调制器阵列与单点近红外探测器相结合使用的方法进行光谱探测。设计了该光谱探测系统的光学结构, 论述了系统光谱探测原理, 并使用经表面微加工工艺得到的光栅光调制器器件进行了系统分辨本领、波长准确性、系统稳定性、器件响应频率等特征参数测试实验。结果表明,该探测系统在1 320到1 400 nm波长范围内,分辨本领小于10 nm, 波长准确性小于1 nm, 系统稳定性小于0.5%, 光栅光调制器的响应频率为5kHz。实验结果证明了该近红外光谱探测系统的可行性, 为研制基于微机电系统光栅光调制器的微型化近红外光谱仪提供了理论基础及实验指导。     

两种近红外光谱仪的番茄可溶性固形物含量定量模型比较研究

以番茄可溶性固形物含量(SSC)的无损速测为例,分别采用线性渐变分光(LVF)、数字光处理(DLP)近红外光谱仪对大、小番茄采集近红外光谱数据;分别基于两种近红外光谱仪数据计算大、小番茄平均光谱及差谱,并比较两种近红外光谱仪所采集大、小番茄近红外光谱数据的特征;对两种近红外光谱仪的数据分别进行主成分分析(PCA),并比较了大、小番茄前3主成分的得分分布;按SSC梯度对数据进行分级,采用偏最小二乘(PLS)回归结合全交互验证算法分别基于两种近红外光谱仪数据建立番茄SSC定量校正模型。结果表明：(1)大、小番茄LVF近红外光谱的平均光谱及其差谱的光谱特征分别与DLP近红外光谱的平均光谱及其差谱的光谱特征相似。(2)大、小番茄LVF近红外光谱数据PCA前3主成分得分散点分离趋势不明显,而DLP近红外光谱数据PCA前3主成分得分散点基本上不具有分离趋势。(3)基于LVF近红外光谱数据所建各模型的相对预测性能(RPD)皆不低于2.11,其中标准化预处理所建模型具有最佳性能,模型维数(N_f)、校正测定系数(R_C²)、校正均方根误差(...     

数字微镜哈达玛光谱仪谱线弯曲的分析与修正

由于数字微镜（digital micro-mirror device, DMD)哈达玛变换光谱仪其成本低,光能利用率高及无运动部件等优势,逐渐成为光谱仪领域的研究重点。研制了一款基于DMD的哈达玛变换光谱仪。为了解决光谱仪谱线弯曲造成的光谱分辨率下降的问题,对基于DMD的哈达玛变换光谱仪中的谱线弯曲所引起的谱带混叠进行了分析。首先,导出了谱带混叠与谱线弯曲的关系式。然后,提出了两个过程来解决谱带混叠,一是通过调整DMD编码条纹,使DMD所编码的谱带最大限度地与标准谱带重合; 二是通过数据处理对谱带混叠进行修正。最后,通过对谱线曲率半径为5.8×104,7.8×104和9.7×104 μm等六种情况下谱带混叠进行了分析与修正,拟合出光谱混叠和修正效果与谱线曲率半径的关系。结果表明： 对于不同程度的谱线弯曲经过这两个过程修正后,分辨率都会改善到接近光学系统的分辨率, 说明这两个过程对修正谱线弯曲具有普适性、并且方法简单、有效。     

一种组件透射式成像光谱仪设计

针对反射式成像光谱系统普遍存在多次反射(和衍射)产生杂散光和装调难度大等问题,设计了一种高性能透射式系统,全部使用通用光学组件,简化了系统结构,降低了成本和装调难度,较传统成像光谱仪有更广的适用范围。该设计中全部部件都非定制,可以根据应用场合更换,具有较好的灵活性,采用透射的方式,减少了杂散光的影响。利用ZEMAX软件仿真、优化了搭配两组不同物镜的系统光路,对畸变、MTF、色差等性能进行测试。对比25和50 mm物镜的系统性能,发现望远镜头的更换对整个系统成像质量的影响不大。参照设计参数成功搭建出一台成像光谱仪,其中望远物镜采用准对称双高斯结构,有利于控制场曲和畸变;采用透射式平面衍射光栅作为分光器件,制作工艺成熟,无需定制,装调简单。光谱分辨率和畸变测试结果显示该系统拥有良好的畸变控制能力,光谱分辨率达到2 nm,满足设计要求,利用标定后的系统测得的氘灯光谱取得了较为理想的结果。     

二维阵列狭缝阿达玛光谱仪波长准确度研究

二维阵列狭缝模板是阿达玛编码模板的一种新的设计思想,分析了模板上同列狭缝的加工误差对仪器波长准确度的不利影响,在此基础上,给出了减少同列狭缝高度、垂直光谱维方向上位置不一致性误差对仪器波长准确度影响的方法,以及同列狭缝在光谱维方向上位置不一致导致解码所得谱线产生的光谱偏移量的粗略估计方法,并建立模型进行仿真,计算了当模板上某列狭缝存在宽度、光谱维方向上位置不一致性误差时,解码所得其他各列狭缝谱线分布上测量误差的大小,根据仿真结果可以初步确定模板的加工精度。通过该研究有助于合理设计MEMS(微机电系统)二维阵列狭缝模板,获得对系统误差的有效补偿,提高仪器的波长准确度。     

基于MOEMS扫描微镜的近红外光谱仪分光系统结构

针对近红外光谱仪由于红外CCD导致的红外光谱仪高成本问题,提出用MOEMS微镜阵列进行光路结构改进,并且解决了红外光谱仪成像像斑不规则从而难以采用MOEMS微镜阵列进行光谱扫描的问题,设计了一种新的分光成像结构.该结构基于全息凹面光栅理论来规则光谱成像的像斑,采用光学设计软件ZEMAX和针对特定像差评判标准的优化算法,...     

Microbolometer imaging spectrometer

Newly developed, high-performance, long-wave- and mid-wave-IR Dyson spectrometers offer a compact, low-distortion, broadband, imaging spectrometer design. The design is further accentuated when coupled to microbolometer array technology. This novel coupling allows radiometric and spectral measurements of high-temperature targets. It also serves to be unique since it allows for the system to be aligned warm. This eliminates the need for cryogenic temperature cycling. Proof of concept results are shown for a spectrometer with a 7.5 to 12.0 μm spectral range and approximately 20 nm per spectral band (~200 bands). Results presented in this Letter show performance for remote hot targets (>200 °C) using an engineering grade spectrometer and IR commercial lens assembly.