高分辨率傅里叶变换成像光谱仪光谱重建并行算法

高分辨率傅里叶变换成像光谱仪具有高空间分辨率和高光谱分辨率的特点,但光谱重建时间冗长。通过对傅里叶变换光谱重建流程分析,为研制的1024pixel(光谱维)×1024piexl(像宽)×1024piexl(像高)高分辨率紫外傅里叶变换成像光谱仪的数据立方体反演,设计了一种并行优化算法。实验表明,在6核处理器上对512M和2G的数据立方体进行变换,时间分别只需88.33s和489.75s,加速比分别为3.70和3.04,大幅度提高了运算效率。如将该算法应用到更多内核处理器上,可得到更高的加速比和更少的运算时间。     

光纤傅里叶变换光谱分析装置

报道了一种新的光谱测量方法-基于单模光纤Mach-Zehnder干涉仪(FMZI)结构的傅里叶变换光谱分析法。在传统傅里叶变换光谱仪( FTS ) 中,用光纤代替传统光路;用光纤耦合器取代传统分束器;用压电光程调制器取代传统移动镜;从而构建了光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)。利用该FFTS测量了LD在阈值以下的发射光谱并与光栅光谱仪测量结果进行了比较,结果表明测量结果是相互吻合的。初步的实验中由于光程调制有限,光谱分辨率为～7 cm-1,改造光程调制器可进一步提高光谱分辨率,证明了FFTS用于分析光谱的可行性。     

精密气动液压伺服系统用于傅里叶变换光谱仪光谱测量

讨论了傅里叶变换光谱仪动镜稳定平移的重要性,研制了以高压无氧氮气为动力源的精密气动液压系统用于推进在研傅里叶变换光谱仪“猫眼”动镜系统,并在此基础之上测量了ＺＹＧＯ干涉仪光源光谱图。     

高分辨傅里叶变换光谱技术在短波段光学中的应用及进展

讨论了傅里叶变换光谱技术向短波段光学扩展的必要性和主要技术难点,分别介绍了几种于紫外,真空紫外及软Ｘ射线波段的傅里叶变换光谱仪结构性能与原理,并进一步阐述了高分辨率傅里叶变换光谱仪在短波段光学中的应用。     

全光纤傅里叶变换光谱仪的关键技术研究

研究一种基于光纤Mach-Zehnder干涉仪结构的全光纤傅里叶变换光谱仪(fiber fourier transform spectrometer, FFTS)。设计了光程调制范围可达2 cm的压电陶瓷光纤相位调制器,代替传统傅里叶变换光谱仪中的动镜产生光程扫描。实验中采用1 310 nm DFB激光器作为参考光源,对测试光干涉图进行等光程间隔采样,以消除压电陶瓷非线性光程调制产生的误差。通过对测试光干涉图做傅里叶逆变换得到测试光光谱图。利用该FFTS系统测量了ASE宽带光源的光谱,并将测量结果和光栅光谱仪测量结果进行了对比,结果表明两者所测ASE光谱线型一致。最后,利用光纤光栅作为样品,对FFTS系统的光谱分辨率进行了检测,光谱分辨率达到了0.78 cm-1。     

干涉型计算层析成像光谱仪的实现方法

提出了一种干涉型计算层析成像光谱仪(CTII)原理及实现方法。CTII把空间调制式傅里叶变换成像光谱仪(FTIS)的原理与计算层析成像光谱仪(CTIS)的原理巧妙结合,因此整个系统在原理上具有高灵敏度、高光谱分辨率,以及高空间分辨率。分析和讨论了CTII的工作原理,给出了一种实用CTII的光路结构;对典型目标的投影图像进行实验,实验结果验证了本方法的可行性。     

新型空间调制微型傅里叶变换光谱仪的设计与仿真

傅里叶变换光谱仪(FTS)在光谱分析中的应用越来越广泛,并且其微型化的趋势也愈加明显。文章设计了一种新型空间调制微型傅里叶变换光谱仪。在介绍其结构理论的基础上,对其空间的光强分布进行了模拟,通过对该结构下引起相位误差因素的详细分析,采用改进的Mertz相位校正方法对小双边的采样数据进行了光谱复原,其理论分辨率可达到3.43 nm@800 nm,信噪比的理想分辨极限为6.8 dB。该结构的微型FTS可以用微机械加工的方法来实现,具有性能稳定,误差容易校正等优点,文章对空间调制微型傅里叶变换光谱仪的结构设计及仿真,为微型FTS的微机械加工实验提供了理论支持, 还为微型傅里叶变换光谱仪的进一步应用提供了更广阔的空间。     

紫外傅里叶变换光谱仪干涉图数据处理

阐述了干涉图数据处理方法 ,采用紫外傅里叶变换光谱仪实验测量了汞灯光谱干涉图。使用四阶Blackman Harris窗函数作为切趾函数 ,采用最小二乘法拟和多项式对光源傅里叶变换光谱进行相位校正 ,获得了高精度的Hg紫外发射光谱     

强度调制偏振光谱仪傅里叶变换解调原理研究

针对强度调制新型偏振光谱仪,研究了基于傅里叶变换法实现偏振光谱信息解调的可行性.结合强度调制偏振光谱仪实现偏振光谱信息调制的机理,给出了采用傅里叶变换法实现偏振光谱信息解调过程的完整数学推导,并对解调过程进行了计算机仿真模拟.模拟结果表明:基于傅里叶变换的解调方法可以高保真获取待测光辐射的偏振光谱信息,将该方法应用于强度调制偏振光谱仪偏振光谱信息的解调是可行的.     

高分辨率傅里叶变换光谱技术在短波段光学中的应用及进展

讨论了傅里叶变换光谱技术向短波段光学扩展的必要性和主要技术难点,分别介绍了几种应用于紫外、真空紫外及软Ｘ射线波段的傅里叶变换光谱仪结构性能与原理,并进一步阐述了高分辨率傅里叶变换光谱仪在短波段光学中的应用     

芯片级硅基光谱仪研究进展

光谱仪作为光谱分析不可或缺的工具,在生物传感、食药检测、医疗、环境监测等领域有着广泛的用途。传统的光谱仪体积大、功耗高、价格昂贵和难以二次开发,应用范围受到了极大地限制。随着微型加工工艺的发展,微型化的光谱仪逐渐出现。相较于传统的大型光谱仪,微型光谱仪不仅成本低、体积小、功耗低,而且便于二次开发,扩展了光谱仪的应用范围。但是,微型光谱仪通常是基于分立的光学器件,通过将光学器件的小型化而实现的,集成度和灵活性不高。随着对便携性的要求越来越高,光谱仪的进一步小型化和集成化已成趋势,出现了芯片级的光谱仪。芯片级光谱仪具有明显的尺寸、重量和功耗的优势,将对光谱仪在无人设备、智能平台等新兴领域中的应用产生重要影响。在芯片级光谱仪的实现过程中,硅基光子技术因其成熟的加工工艺和良好的集成性能,为光谱仪的芯片化提供了一种集成化、低成本的解决方案,国内外研究人员针对芯片级硅基光谱仪展开了大量的研究,取得了丰富的成果。文章分析了硅基片上光谱仪的工作原理,将目前的芯片级硅基光谱仪分成了色散型和傅里叶变换型两大类进行介绍,分析了这两类光谱仪的主要特点和典型实现方式。文中给出了刻蚀衍射光栅、波导阵列光栅、多模波导等色散型硅基片上光谱仪和空间外差、驻波式、热调、数字以及基于微机电系统的傅里叶变换型硅基片上光谱仪的最新研究进展,分析了各种光谱仪的性能特点和适用范围。在此基础上,展示了本组的最新研究成果,通过创造性地将基于马赫曾德尔干涉仪的空间外差傅里叶变换型光谱仪结构和波导阵列光栅的色散型光谱仪结构相结合,可同时实现较大的光谱范围和较高的光谱分辨率,为硅基片上光谱仪的应用打下了较好的基础。最后,论述了硅基片上光谱仪的发展趋势与应用前景,为芯片级硅基光谱仪的研究提供了参考。     

傅变光谱仪数据处理中相位误差非线性的分析及对Mertz相位修正方法的讨论

傅里叶变换成像光谱仪在遥感应用中是一种很重要的科学仪器,在傅里叶变换光谱仪信号处理中存在相位误差的问题,文章阐述了相位误差产生的原因,分析了由零点采样偏移带来的相位误差的非线性,说明了产生这种非线性的原因是干涉图为有限长的离散序列,从一个新的角度通过数学推导的结果给出了这种非线性的解释和表达。接着由相位误差的非线性讨论了Mertz相位修正方法中的相位插值可能存在的误差,分析了已有的研究中的较好的处理方法,并提出了一种改进这种误差的补零变换的方法。使用通过标准光谱库中的源光谱数据仿真的干涉数据,对方法进行了比较和验证,说明了补零变换法可以改善相位插值的误差以及在一些情况下的相位突变,得到质量更好的复原光谱。     

Experimental Study of a Fourier Transform Spectrometer Based on Scanning Micro-Electromechanical Mirrors

This paper presents a non-scanning Fourier transform spectrometer based on a micro-electronic mechanical system micro-mirrors and a single detector. The fundamental principle and key parameters of this Fourier transform spectrometer were analyzed in detail. Theoretical analysis showed that, when the dip angle of the slantwise mirror is 0.38713°, the resolution of the system is 9.7 nm (at 1350 nm). Experiments demonstrated that, the spectra resolution is less than 10 nm, the wavelength deviation is ～1.5 nm, the signal-to-noise ratio is higher than 30 dB and the intensity deviation at peak wavelength is less than 0.4%.     

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。     

Field-compensated birefringent Fourier transform spectrometer

A field-compensation method applied for Savart birefringent Fourier transform spectrometer is presented. By using a combination of Savart plates fabricated from positive and negative birefringent materials, the useful solid angle of field of view can be increased by a large amount in broad spectral coverage. Compared to the conventional Fourier transform spectrometers, the compensated field angle has optical throughput higher by one order in magnitude. To demonstrate the effectiveness, a design example operating at 400-1100 nm with a large solid angle exceeding ± 40° is presented in detail.     

Error analysis on dihedral angle of corner-cube reflectors in Fourier transform spectrometer北大核心CSCD

Fourier transform spectrometer is an important spectral analysis instrument. To research the influence of the dihedral angle error of corner-cube reflectors on interference quality of oscillating Fourier transform spectrometer, the theoretical analysis and computer simulation were carried out. According to the oscillating Fourier transform spectrometer model, the mathematical expressions of the interference intensity and modulation depth with dihedral angle error were deduced. The tolerance of dihedral angle was determined by the modulation depth criterion. The optical design software Zemax was used to establish the model for simulation and verify the results of theoretical derivation. According to the modulation depth criterion, the tolerance of dihedral angle obtained by the theoretical model is 2.52″, and that obtained by the Zemax simulation is 2.38″. The error is 0.14″, which is acceptable. The analysis results show that the established theoretical model is reasonable, which has certain reference value for the design and installation of oscillating Fourier transform spectrometers. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

基于多级微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪:原理及数据处理

介绍了一种基于多级阶梯微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的原理及数据处理方法.仪器利用一块多级阶梯微反射镜取代传统迈克尔逊干涉仪中的动镜以实现静态干涉,通过摆镜扫描使目标物体成像在不同的子阶梯反射面上从而获得目标物体不同光程差的干涉信息.某一时刻,目标物体经摆镜与前置成像系统后在平面镜与多级阶梯微反射镜上形成两个一次像点,两个一次像点被平面镜和多级阶梯微反射镜反射之后经后置成像系统最终成像在探测器焦平面上.平面镜与多级阶梯微反射镜之间的高度差会使到达探测器的两束光的光程差不同,因此探测器焦平面上可以获得目标物体的二维空间信息及一维干涉信息.根据多级阶梯微反射镜参数及光学系统设计参数计算得到摆镜步进角度为0.095°.利用实验获得的三维数据立方体进行了图像拼接与光谱复原.针对子阶梯反射镜存在宽度差异的问题,提出了一种基于极坐标霍夫变换的图像分割方法.为缓解拼接全景图中的间断线效应,将图像变换到HSI颜色空间并插值拟合其亮度分量后再变换回原空间.对拼接后的干涉图像进行了降维、去直流、寻址、切趾、相位校正、傅里叶变换及光谱分辨率增强等处理,完成了光谱复原工作.复原光谱分辨率为194 cm-1,优于设计指标(250 cm-1).