光源谱线宽度对测量滤光片光谱分布影响的研究

从理论上分析光源的光谱宽度对滤光片测量结果的影响,给出光源光谱曲线及滤光片透过率曲线为正态分布时测得的滤光片光谱分布曲线.     

膜厚监控系统的光谱宽度对窄带滤光片性能的影响

讨论了膜厚监控系统的光谱宽度对波分复用窄带滤光片特性的影响,分析了监控过程中所出现的信号异常现象,其主要原因是控制光光谱宽度以及控制波长与滤光片中心波长不一致,所以控制光光谱分辨率必须小于单个法布里-珀罗滤光片最后2层膜折转点波长宽度的一半,即对100GHz的滤光片,监控系统的光谱宽度必须小于0．2nm。一旦产生中心波长偏离,就必定产生厚度控制误差。讨论了高折射率膜和低折射率膜的信号变化规律,发现当中心波长比监控波长长时,虽然信号变化规律正确,但判读到极值时的膜厚变薄。中心波长偏离越长,厚度将越薄。而当中心波长比监控波长短时,信号将出现反转。中心波长越短,反转量越大。最后指出了监控误差对滤光片Tmax和半峰全宽的影响。     

再议滤光片光谱透过率的测量

讨论了滤光片光谱透过率的测量方法,分析了产生测量误差的因素,并提出了一种提高测量精度的方法,为准确测量滤光片的光谱透过率提供了一定指导。     

激发源光谱宽度对其辐射通量转换效率的影响

为了进一步提高固态照明中荧光转换光源(PC-LED)的白光发射效率,探寻激发源与荧光粉搭配对合成白光辐射通量转换效率之间的关系。以YAG荧光粉为对象,搭配不同光谱宽度的激发源,采用光谱计算方法研究了合成白光光源中激发源光谱宽度对其辐射通量转换效率的影响,计算结果通过实验进行了验证。结果表明:当光谱宽度较小时,转换效率随光谱宽度的增加而缓慢降低;当光谱宽度大于18 nm时,转换效率急剧下降。每种荧光粉都有其理想激发源光谱宽度范围,在此范围内激发源辐射通量转换效率高且受其光谱宽度影响较弱。     

基于混合光源的星模拟器光谱研究

提出了一种基于氙灯和卤钨灯混合光源的星模拟器光谱模拟方案.采用氙灯和卤钨灯组成宽光谱光源灯阵,并通过色温模拟与控制模块后射入积分球,为星模拟器提供理想光源,模拟出与特定色温3 900K,4 800K,6 500K相近的光谱曲线.通过对标准黑体光谱曲线的仿真,计算出滤光片各个微小波段最优透过率,并对微小波段区间的透过率进行区间合并处理,得到满足设计指标要求的滤光片透过率,实现对特定色温光谱曲线的模拟.仿真结果表明,采用本文方案能够满足微小波段匹配模拟误差在10%以内,用相对面积法验证匹配误差在4%以内,从而为星模拟器模拟特定色温的光谱曲线提供有效的方法.     

基于溴钨灯和LED积分球光源的可调谐光谱分布及光谱匹配

采用溴钨灯和恒流驱动的LED混合作为积分球内部光源,提出了模拟退火算法作为光谱匹配算法,研究了光谱分布可调谐积分球光源的光谱匹配技术.仿真实验表明,该混合光源完全能够定量地模拟CIE-D65和等能光谱分布,且在辐射功率优于LED模拟结果的前提下,LED的数量分别减少79.8％和82.9％,平均相对误差分别减小10％和4...     

光谱分布可调光源的LED筛选研究

针对LED光谱分布可调光源对LED寿命以及光谱一致性的要求,对可见光和近红外波段的29种LED分别进行200 h的电流加速老化试验,并提出LED光谱一致性筛选算法。老化试验结果表明:峰值波长为385 nm、400 nm 和420 1 nm 3种LED的辐射通量平均衰减分别为24.8 %、10.7 %和25.6 %,不能用于LED光谱分布可调光源;剩余的26种LED的辐射通量平均衰减量均低于3.5 %,可作为光谱分布可调光源的内部光源。LED光谱一致性筛选算法以LED光谱数据为基础,计算同类LED间的相对光谱偏差,26种LED的相对光谱偏差均小于4.5 %,保证了所筛选出LED的光谱一致性。     

红外滤光片低温光谱特性研究

低温光谱是红外滤光片一项重要的考核参数，采用傅里叶光谱仪测试了红外滤光片在安装滤光片架前后的常温和85K低温光谱，同时利用有限元分析方法模拟了85K的红外滤光片安装滤光片支架前后的形变和应力，分析和比较了试验结果，为进一步优化红外滤光片的可靠性设计提供了参考。     

近红外光谱仪器中滤光片波长组合的优选

如何快速、准确地进行滤光片波长组合的优选,是滤光片型近红外光谱仪器研究的一个关键技术.利用组合生成算法与多元线性回归分析相结合,并运用计算机编程语言分析了掺假山茶油的近红外光谱吸光度矩阵,优选出不同组合数下滤光片波长组合.该方法可在全光谱波长范围内快速的实现滤光片的优选,且建立的定量分析模型简单、精度高、稳定.     

碲化铅/硫化锌红外多层滤光片的光谱漂移研究

采用碲化铅和硫化锌作为镀膜材料,研制了空间红外光学系统使用的红外多层带通滤光片。本文首次利用导纳轨迹图解技术,当在空间低温条件下使用时,对由碲化铅的折射率变化引起的光谱漂移机理进行了研究。根据多层膜各膜层间存在的光学厚度的补偿效应,建立了光谱漂移模型。并对设计的滤光片采用对分法计算了它在低温条件下波长的漂移量,计算结果与研制出的滤光片实测结果吻合很好。并成功地将研究结果应用于滤光片的设计,对原设计结果进行了准确的修正,使得最终研制的滤光片在低温下完全满足使用要求。     

低温对中波红外带通滤光片光谱特性的影响

为考察滤光片在低温环境下的可靠性,镀制了Ge基和宝石基中波带通滤光片,分别实施了5 min、15 min、25 min、35 min、120 min、300 min的液氮低温试验,并测试出其透过率曲线,考察低温对其光谱特性及膜层牢固度的影响。带通滤光片通带区透过率随低温时间增长有逐渐下降趋势,中心波长出现13 nm的微小偏移,是所镀制的膜料高、低折射率相对变化使中心波长和截止波长的比值发生变化所致。Ge基材料对温度更为敏感,在由常温到低温过渡期间,Ge基中波滤光片通带透过率降低幅度比宝石基底的中波带通滤光片大10%。在300 min以内的低温环境下,2种中波红外带通滤光片均未出现膜层脱落现象。     

多通道光谱采集系统滤光片设计方法研究

普通彩色相机加载宽带滤光片构造的多通道光谱采集系统的光谱重建性能与滤光片的选用密切相关。针对上述问题,提出基于主成分分析法的合成滤光片设计方法,旨在获得具有较高光谱重建性能并对所有图像场景均适用的最优滤光片组合。在收集多个宽带滤光片的基础上,测得其透射率并转换成矩阵形式;采用主成分分析方法提取该矩阵的前2个主成分,标准化处理后的主成分即为所求合成滤光片的透射率。为了验证上述方法获得的滤光片的性能,利用色差和光谱均方根误差2个指标对加载了合成滤光片的仿真采集系统的光谱重建精度进行了评价。实验结果表明:采用该方法得到的滤光片组合优于常用方法得到的滤光片组合, 用其构造的成像系统具有较高的色度重建精度和光谱重建精度,此外,改变目标场景颜色特性,其重建性能保持稳定。     

基于LED的光谱可调光源的光谱分布合成

从实测的LED光谱分布出发,对基于LED光谱可调光源进行了可行性验证。提出用非对称高斯分布函数的数学模型来拟合单个LED光谱分布,并以该数学模型为基础,运用多种不同峰值波长的LED来合成所需要的光谱分布。在原理上实现了对任意目标光谱的最小二乘拟合,使用不同峰值波长的单色LED分别对D65、溴钨灯、5 500 K理想黑体、日光照射下的标准白板的光谱分布进行拟合,相关指数均在0.94以上。最后通过对数据的分析,总结出在工程实践中必须注意的要点。     

线性渐变滤光片光谱分光特性及检测方法研究

线性渐变滤光片(LVF)被广泛应用于各种小型快速分光测试设备中。分光特性进行研究,给出了其分光特性的高斯函数表达式,分析了各个参数与线性渐变滤光片中心透过率、谱线宽度和线性渐变系数等特性的关系。将光谱成像仪标定的单色仪法引入线性渐变滤光片的分光特性检测中,讨论了检测系统的敏感性,并给出了相应的误差容限公式。分析表明单色仪出射狭缝相对光轴平移量,以及滤光片倾斜角度对检测精度影响最大,实际测量中可通过光路和系统机构的调整达到精度要求。构建检测系统完成了对成品线性渐变滤光片分光特性的检测,结果表明对中心透过率的测量均方根误差小于0.05%,验证了方法的精确性,普适性,检测结果可为线性渐变滤光片相关系统的设计和标定提供参数指导。     

光谱可调积分球光源的光谱匹配算法研究

基于光谱匹配算法是可调光源产生种类多样光谱分布的必要手段,提出Levenberg Marquardt算法作为光谱匹配算法。利用峰值位置等间隔均匀分布的理想高斯曲线作为LED发光光谱,借助该设定的一系列曲线仿真模拟目标光谱,实验表明,利用该算法模拟太阳、沙漠、海洋和植被的相对光谱分布,相对光谱差异分别为2.17%、1.76%、2.03%、1.7%。利用实验室现有LED的发光光谱进行验证实验,匹配3种目标光谱的相对差异均小于5%。实验结果表明,Levenberg Marquardt算法可应用于光谱可调积分球光源的光谱匹配。     

光谱仪测量窄带宽光源光谱分布的七点修正法

针对光谱仪在测量窄带宽光源的光谱分布时出现的光谱变形现象,提出了一种带宽修正方法—七点修正方法。首先,利用泰勒级数和相关的导数公式,得到了七点修正公式的数学解析式;其次,用光谱线型为正弦函数的模拟光谱对七点修正法进行验证,采用正弦函数来模拟真实光谱,通过光谱仪的带宽函数计算出测量值,然后应用七点修正公式,对测量值进行修正;最后利用中心波长为365 nm的LED光源对七点修正法进行了实验验证,用双光栅单色仪来测量LED光源的光谱辐射照度,光谱仪带宽分别选为5与0.5 nm,将七点修正公式应用于测量值,得到修正值。模拟结果表明： 在选定的模拟条件下,修正后得到的中心波长处的峰值可以达到真实值的99%以上;实验结果表明： 修正后中心波长处的峰值可以达到真实值的95%以上。由模拟结果和实验结果可知,七点修正法与三点修正法和五点修正法相比,修正效果有明显提升,这种带宽修正方法可以广泛应用在光谱测量领域。     

目标光源差异对阵列式光谱辐射计测量的影响及紫外杂散辐射修正研究

应对气候变化预测与灾害天气防范等科学难题,空间观测领域提出高精度的光谱辐射度定标需求。阵列式光谱辐射计存在内部结构缺陷和光学元器件不理想等问题,导致杂散辐射,严重影响光谱辐射度测量结果的准确性。测量多种典型阵列式光谱辐射计的杂散辐射特性,考虑外场目标光源与实验室定标光源不一致对杂散辐射修正的影响,分别基于带通滤光片和可调谐激光器研究紫外杂散辐射修正方法。首先,利用不同光谱透过率的带通滤光片,测量可见及红外光谱辐射引起的紫外杂散信号。针对杂散辐射分布特点,建立数学修正模型,实现高效快捷的杂散辐射修正。地基验证场的光谱辐射亮度测量结果修正后,紫外杂散辐射信号显著降低。对于连续分布的宽谱段光源,带通滤光片修正法具有实验简便易行、测试过程高效等优点。然而,实现非连续分布或窄带光源的高精度杂散辐射修正存在困难。为此,建立基于可调谐激光器的杂散辐射测量系统,解决了各个像素点杂散辐射线扩展函数的测量难题。改变可调谐激光器的输出波长,精细化测量各个像素点的杂散辐射线扩展函数,再推导出杂散辐射信号分布函数,通过MATLAB软件将矩阵反演运算,得到各像素点的杂散辐射修正结果,实现杂散辐射的高精度修正。利用不同类型的阵列式光谱辐射计验证了该修正方法,对于非连续分布的窄带光源,测量结果修正后杂散辐射信号降低了一个数量级,并且谱线两边的杂散宽峰显著消除,大幅降低了紫外波段的测量偏差。针对不同光谱分布的光源,建立了两种优势互补的杂散辐射修正方法,有效改善了阵列式光谱辐射计的紫外测量结果偏差,进一步确保我国地球观测数据的准确性和国际等效互认。     

空间外差光谱仪中窄带滤光片的光谱特性研究

高光谱空间外差干涉光谱仪的光谱响应由窄带滤光片的光谱特性决定,由于窄带滤光片的制备水平与理论值存在差距,使得发生光谱展宽或波长漂移等现象,在空间外差光谱仪中形成高频和低频光谱混叠从而导致复原光谱失真。在分析滤光片对仪器光谱响应性能影响的基础上,通过在空间外差光谱仪核心干涉组件光栅的胶合过程中,根据窄带滤光片实测波长透过率曲线,利用可调谐激光器动态监测调整光谱仪基频波长的方法改善对其造成的光谱混叠。结果表明,通过实测滤光片特性调整光栅偏转角度来改变基频波长,可最大程度地有效利用仪器所能覆盖的光谱范围,根据干涉图的复原光谱信号可知试验装置的有效光谱范围从758~770.9 nm增加至756~770.9 nm。     

倾斜入射楔形薄膜滤光片的透射光谱研究

角度调谐薄膜滤光片因较大的波长调谐特性和良好的矩形度在密集波分复用系统中得到了广泛的应用。在倾斜入射时薄膜滤光片透射光谱的透射率和半宽不仅受到入射角度的影响,还跟滤光片两端面间的非平行度即楔角的大小有关。详细分析了楔角对对滤光片透射率以及半宽的影响,发现适当的楔角和角度取向能够改善倾斜入射状态下滤光片的透射光谱特性。设计制备了楔角为0.8°的楔形薄膜角度调谐滤光片,实验结果证明保持该楔角的方向与倾斜入射角度相同时会严重的劣化透射光谱的透射率和矩形度,方向相反时则可以提高光谱的透射率以及矩形度,并使器件的波长调谐范围增大约10 nm。