多通道扫描型红外光纤气体测量系统研究

提出了一种将声光可调滤光器技术应用于气体浓度测量的红外光谱系统。该系统以氙灯作为光源,TeO2晶体作为声光介质的色散元件,InGaAs光电二极管阵列作为多通道检测器,利用光纤探测和传输光信号,由计算机处理数据和显示结果。通过声光调制将宽带光变为单色光,通过超声射频的变化实现光谱扫描,可对不同气体进行快速测量,无机械调谐机构,结构简单。通过对甲烷气体的实验表明,该系统的有效光谱测量范围为900~1900nm,光谱分辨率为60nm,可用于对有害气体的在线检测。     

基于AOTF的成像光谱仪及其在同色异谱目标鉴别中的应用

为了同时获得同色异谱目标的光谱信息和空间分布信息,设计了基于声光可调谐滤波器(acousto-optic tunable filter, AOTF)的成像光谱仪,主要包括前置成像透镜组、AOTF滤光成像模块、AOTF驱动器、CCD图像检测器、图像采集卡和计算机。在计算机的控制下,实现波长的快速扫描,获取每个设定波段下的灰度图像,构建一个光谱图像立方体,因此可以获得图像中任意一点的光谱信息。所设计的成像光谱仪,光谱范围为550 ～1 000 nm,光谱分辨率2.6 nm(@632 nm),光谱扫描速度快,任意两个波长之间的切换时间小于80 μs,整个仪器无机械运动部件,功耗低,抗振能力强。利用该仪器对真假玫瑰花进行了鉴别试验,对涂改物证进行了信息复原实验,并成功地辨别出真假玫瑰花和复原出涂改物证,证实了该成像光谱仪具有优异的同色异谱目标鉴别本领,在同色异谱物质的鉴别上具有广阔的应用前景。     

共线型声光可调谐滤波器非互易效应研究

通过创建超声频率与衍射效率的动态方程,分析了声光器件在不同射频驱动频率下衍射效率的分布情况,并给出相应表达式.提出了在100 MHz射频处也存在与高于1 GHz处类似非互易现象.进一步通过比例系数δF/ΔF的引入,在此基础上分别利用波长532 nm和632.8 nm激光器,在二氧化碲晶体中进行非互易效应实验.实验得到传输带宽改变达到总衍射带宽的50%～60%,与理论计算值基本吻合.研究结果表明,实际中可将非互易效应大规模应用于包括定向耦合器（光路由器）在内的光电器件的开发.     

高光谱偏振成像全Stokes参量获取新方法

考虑到现有Stokes参量获取方法测量速度慢、测量精度低、系统结构复杂等特点,提出了一种基于双液晶可调相位延迟器(liquid crystal variable retarder,LCVR)和声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter,AOTF)的光谱偏振成像系统中全Stokes参量的新获取方法。从AOTF和LCVR的工作原理出发,介绍了系统的基本探测原理;根据偏振分析提出了快速获取全Stokes参量的新方法--该方法选取四个固定的LCVR控制电压,同时控制两个相同的LCVR对光波进行相位调制,得到四组(八个)两两相同的相位延迟量即可求得Stokes参量。此外,设计了能够稳定输出均方根为0~+8.72 V连续可调方波的LCVR控制器,并对其进行定标,实现了不同波长下光波的精确调制。搭建实验样机,以偏振方向分别为0°,90°和45°的三个偏振片P₁,P₂,P₃作为偏振测量目标,测得了波长为632 nm时的全Stokes参量图;以画有夹角为30°的红色、绿色、蓝色三色线条的实验板作为光谱测量目标,对400～750 nm光谱范围的71个通道(光谱带宽为5 nm)进行光谱成像,得到了与红色、绿色和蓝色的分析谱段范围相一致的光谱曲线。结果表明,该系统不仅可以快速准确地获取全部Stokes参量,而且系统结构简单、成像质量良好。     

The Optical Characteristics of the Acousto-optic Tunable Filter with the Equivalent Point

In this paper, the interaction curves of acoustic and optical waves in a non-collinear AOTF (acousto-optic tunable filter) cell under the parallel-tangent momentum matching condition are analyzed systematically. A new theory of equivalent point for AOTF design is put forward. The wavelength characteristics and the wavelength resolution of two diffraction beams with equivalent point design in AOTF are emphatically analyzed. The optical characteristics at δ=0 (ideal case) and δ≠0 (real case) are also discussed. The advantages of the AOTF with equivalent point design include high wavelength resolution,more quantitative energy and larger incident angle aperture.     

Non-invasive glucose sensing with near-infrared spectroscopy enhanced by optical measurement conditions reproduction technique

Non-invasive glucose sensing utilizing near-infrared spectroscopy (NIRS) has been a focusing topic in biomedical optics applications. However, different probing locations and contact pressures between the probe and skin cause variations in the light propagation paths within tissue, making it very hard to obtain stable near-infrared spectra concerning body content. This paper proposes one possible solution to the reproduction of light propagation within tissue for near-infrared non-invasive glucose sensing systems by introducing the optical measurement conditions reproduction technique. Results of experiments on glucose concentrations within human body through application of our proposed system show a RMSEP value of 15–20 mg/dL and a correlation coefficient greater than 0.8.     

光谱采集方式对AOTF-近红外光谱技术分析烟草主要化学成分的影响

初步探讨了不同光谱采集方式对AOTF-近红外光谱技术检测烟草主要化学成分及建模的影响。结果表明,以旋转方式采集光谱可以得到更多的样品信息,所建立的模型精度较高。从模型的各项指标来看,总糖、还原糖和总烟碱的相关系数很高,说明化学成分含量数据和光谱数据间有较好的相关性。实验结果表明AOTF-近红外光谱技术可用于烟草样品主要化学成分的常规分析。     

集成光学声光可调谐光谱仪的特性分析

提出了一种以集成光学声光可调谐滤波器作为分光元件的新型光谱仪 ,并详细介绍了这种光谱仪的具体特性。通过对这种光谱仪的特征方程、点扩展函数以及色散本领的详细分析 ,指出该光谱仪的分辨本领与器件的声光作用长度成正比 ,也与它的级联级数的平方根成正比。因此增加器件的声光作用长度比增加它的级联级数能更有效地提高光谱分辨率。另外还指出 ,准共线声光耦合是抑制侧瓣、提高分辨本领的有效途径。测试表明 ,当声光相互作用长度L =2 5mm ,声波导和光波导的夹角θ=0 .4 2°时 ,在中心频率 174MHz附近可获得带宽 1.4 4nm ,一级侧瓣 - 13.2dB ,模式转换效率大于 99%的结果。     

共线型声光可调谐滤波器非互易效应研究

通过创建超声频率与衍射效率的动态方程,分析了声光器件在不同射频驱动频率下衍射效率的分布情况,并给出相应表达式.提出了在100 MHz射频处也存在与高于1 GHz处类似非互易现象.进一步通过比例系数δF/△F的引入,在此基础上分别利用波长532 nm和632.8 nm激光器,在二氧化碲晶体中进行非互易效应实验.实验得到传...     

声光调制光谱相机的成像漂移

研究了基于声光可调滤波机理的光谱相机在成像时由声光晶体的色散而产生的图像漂移现象。利用色散补偿法和图像位移补偿法,理论计算并实验测量了声光可调滤波器（AOTF）在可见光（488～644 nm）波段内由晶体外衍射角所引起的图像漂移,并进行了优化实验。采用色散补偿法,调整入射光为准平行光,入射光波长为488～644 nm时,在晶体出射面添加0.6°的光楔,晶体外衍射角的变化量可由0.066 50°降低到0.004 2°,即图像漂移量由162.1μm降低到10.9μm;采用图像位移补偿法,不添加光楔,入射光波长为488～644 nm时,图像水平漂移量可从468μm降低到0.658μm,漂移量在一个像元内。实验表明：基于提出的两种方法可忽略成像漂移对图像的影响,有效提高了基于AOTF机理的光谱相机的成像分辨率。