基于高速转镜的高分辨率干涉光谱仪非线性理论研究

介绍一种基于高速转镜的高分辨率光谱仪的原理,讨论了光程差的非线性与转镜转角θ、折射率n的关系,给出光程差的一般公式,并讨论了一般空间光线的光程差,及系统非线性变化规律.计算得到了使非线性最小的理想的材料折射率值,并通过计算机仿真,进行了验证.     

Wollaston棱镜阵列干涉光谱仪的研制及其光通量的分析

利用空间调制干涉光谱技术研制了基于双层Wollaston棱镜组的干涉仪原理样机,用该样机进行了干涉光谱实验,采集了He-Ne激光器干涉图像,通过对图像进行数据处理,获得了光源的归一化光谱图。并对样机系统做了光通量分析。它与传统的使用单个Wollaston棱镜测量光谱的方法相比,光谱分辨率和光通量可以提高一倍以上。     

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。     

基于虚像相位阵列光谱仪的宽带高分辨率CO2吸收光谱测量技术研究

为了使光谱仪能同时兼顾宽吸收光谱范围和高光谱分辨率两种特性,搭建了一台近红外虚像相位阵列光谱仪,单帧谱宽约为25 nm(140 cm^-1),光谱分辨率为4.5 pm(0.024 cm^-1),结合改进的旋转光栅结构,实现了1.26～1.50μm的宽光谱检测。使用超连续光源及光学吸收多通池,在1.43～1.45μm处,以CO₂为例开展了宽带高分辨光谱测量技术研究,使用图像增强算法提高了弱吸收的光谱提取精度,考虑光谱仪的仪器展宽进而提升了气体参数反演准确度。实测光谱与理论光谱的对比结果验证了系统测量的准确性与可靠性。     

基于Fabry-Perot腔阵列的集成化微型光谱仪方案及模拟

提出了一种微型光谱仪,该微型光谱仪基于法布里-珀罗腔滤波性的阵列式微型光谱仪。其基本结构是在硅基底上实现多个不同腔长的阵列,从而实现对多个波长的监测。探测单元即为一个法布里-珀罗腔,由硅基底-金属薄膜-二氧化硅层-金属薄膜构成。进行了相应的模拟计算,结果表明在基本结构为铝膜(14 nm)-SiO₂-银膜(39 nm)的情况下,通带半宽度可达到15 nm,单个探测单元面积仅为0.14 mm×0.14 mm即可达到微型光栅式光谱仪(最小体积在cm量级)的光通量,整个光谱探测部分体积仅在mm量级。该微型光谱仪设计尺寸在几个mm的量级、无活动部件,可以同时对多个波长进行检测,并可望利用现有IC加工手段实现光谱仪传感器化。     

干涉型计算层析成像光谱仪的图像重建

针对干涉型计算层析成像光谱仪(CTII)提出了一种光谱图像数据立方体的重建方法。干涉型计算层析成像光谱仪是一种将空间调制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)的原理相结合的一种新型成像光谱仪,具有高通量、高光谱分辨力以及高空间分辨力的特点。分析和讨论了干涉型计算层析成像光谱仪的工作原理以及获取图像的特征,介绍了光谱图像数据立方体的重建方法。根据多角度投影数据的特点提出采用卷积反投影计算层析成像图像重建算法,给出了图像重建步骤以及相应的数学表达式。对D65光源照明条件下的396×396像素目标进行了仿真实验,投影角度为0~180°,步长为0.5°,列出了仿真实验部分结果。实验结果验证了干涉型计算层析成像光谱仪及其图像重建算法的可行性。     

嫦娥一号干涉成像光谱仪的定标

介绍了我国首次探月卫星的有效载荷之一Sagnac空间调制型干涉成像光谱仪的定标.提出了"行"平场原理以及不同类型的光谱仪对比方法,分别用于相对定标与光谱辐射度绝对定标,取得了好的实验结果.检测了谱线位置不确定度、光谱分辨率及在轨光谱辐射度的相对不确定度.给出了探月卫星干涉成像光谱仪的定标及检测结果.首次采用干涉型成像光谱仪实现了对月的可见光/近红外宽谱段连续光谱探测.     

嫦娥一号干涉成像光谱仪的定标

介绍了我国首次探月卫星的有效载荷之一Sagnac空间调制型干涉成像光谱仪的定标.提出了“行”平场原理以及不同类型的光谱仪对比方法,分别用于相对定标与光谱辐射度绝对定标,取得了好的实验结果.检测了谱线位置不确定度、光谱分辨率及在轨光谱辐射度的相对不确定度.给出了探月卫星干涉成像光谱仪的定标及检测结果.首次采用干涉型成像光谱仪实现了对月的可见光/近红外宽谱段连续光谱探测.     

干涉成像光谱仪的通量特性分析

针对高分辨率成像光谱仪的应用要求,对大孔径静态干涉成像光谱仪在不同光照条件下进行了计算分析,表明这种成像光谱仪在能量利用率方面有明显优势.研制仪器的机载飞行试验结果表明,虽然机载试验在2004年12月份进行,太阳高度角在全年中最小,但是图像的个别地方仍会饱和.机载飞行试验进一步验证了干涉成像光谱仪的高通量特性,同时也说明,仪器的地元分辨率指标还有提高的潜力.     

干涉成像光谱仪光通量的计算与分析

论述了干涉成像光谱技术的工作原理,采用光线追迹的方法对基于Sagnac棱镜和Savart偏光镜的干涉仪中的光线传播规律进行了分析,推导出了无狭缝式干涉成像光谱仪光通量的精确理论计算公式,并对干涉成像光谱仪中具有代表性的Savart型偏振干涉成像光谱仪光通量和改型Sagnac成像光谱仪光通量进行了分析比较.通过计算机模拟给出了系统光通量随入射角和波长变化的关系曲线.该研究对干涉成像光谱仪的研究和工程化研制具有重要的指导意义. 关键词： 干涉成像光谱仪 光通量 透射比     

基于银膜孔阵列超强透射效应的相敏表面等离子体共振传感器的仿真研究(英文)

We present an ultra compact and high resolution free space optical spectrometer and demonstrate it by using FDTD simulations. The miniature interferometer-based spectrometer is a series of submicron phase objects on a polymethyl methacrylate(PMMA) film with a CCD as the detector. The spectrum is obtained by solving a system of simultaneous linear equations. The Tikhonov regularization method is used to achieve a resolution at the picometer level. Compared with conventional spectrometers, the proposed device...     

基于迈克耳逊干涉仪的空间调制型干涉成像光谱仪

试制了一台基于迈克耳逊干涉仪的空间调制型干涉成像光谱仪原理样机。样机将迈克耳逊干涉仪光路中的一面反射镜偏转一个小角度,使经两平面镜反射后的两束光波面之间产生一维连续的光程差,在图像传感器的像面上形成空间调制干涉条纹,构成空间调制型干涉成像光谱仪。一系列原理验证性实验表明:光谱仪原理正确可行,实验结果与理论相符,并且具有高通量,高信噪比,大视场和体积小,重量轻的优点。     

A compact optical heterodyne interferometer by optical integration and its application

A compact high-resolution optical heterodyne interferometer combining a two-frequency light module and a minute optical system is described. The light module, which generates two independent frequencies of light, is fabricated by proton exchange method on LiNbO₃ substrate. We report an experiment evaluating measurement accuracy using a micro-displacement measurement system which incorporates this interferometer. Results of the experiment with a standard thickness sample show high thermal stability with maximum measurement error of 1.8 nm at a temperature from 19°C to 33°C. The system was used to measure the hysteresis of a piezoelectric element for displacements of several nm, thereby making it possible to analyze the system quantitatively in practice.     

从迈克耳孙干涉仪到光学相干层析术

介绍了迈克耳孙干涉仪在物理学发展史上的重要作用及生物医学成像技术的发展状况．从迈克耳孙干涉仪的发展过程出发,讨论了光学相干层析术的原理、特性及其在生物医学成像、物理学、材料科学中的应用,并将频谱光学相干层析术与傅里叶变换光谱术作了比较,最后讨论了它在教学上的意义．     

Double domain wavelength multiplexed Fizeau interferometer with high resolution dynamic sensing and absolute length detection

In this work, we present a simple photonic instrument that has the ability of measuring positions, distances and vibrations with very high resolution by means of two Fizeau interferometers (FI), both using the same optical fiber end as a probe tip itself. On the one hand we have a time domain FI powered with a 1310 nm laser and monitored by an InGaAs detector providing displacement information with resolution around a tenth of nm but regardless of the absolute position of object and of the displacement sense. On the other, a spectral domain FI version based on a super luminescent source (SLED) centred at 800 nm with bandwidth of nearly 40 nm is analysed in real time by means of a digital spectrometer. Each spectrum is acquired in a very small time interval and provides information of both length of the cavity as well as its correct sense of evolution. Resolution of this system is lower than its complementary temporal case, but distance and sense measurements are absolute and can be determined successfully by adequate processing of spectral signal.Both interferometers are optically coupled to a single fiber optic probe and are wavelength modulated.Therefore, combination of both sensors results in a new one which allows the correct knowledge of an object or surfaces under test, i.e. a high resolution of displacement data plus its absolute position and true sense of movement.     

基于全息光学元件的光纤光谱仪的光路设计

基于全息光学理论分析了全息光学元件的高斯成像性质,包括光焦度、成像位置、衍射效率以及作为光纤光谱仪光栅元件的可行性,并以全息光栅的成像理论以及光谱仪工作原理为基础,设计了光谱仪器光学系统的各个参数,通过Zemax软件的仿真、像质评价及优化,得出最终的参数和模拟结果。所使用的全息光栅记录波长为575 nm,记录光束之间的夹角为10,一束为平面波,一束为球面波,焦距40 mm,使用+1级衍射光,光栅孔径为10 mm。光谱仪的工作波长范围为400 nm～800 nm,体积140 mm*30 mm*40 mm,谱面展宽29.1 mm。通过在光学平台上搭建光路,利用已研发完成的电路系统及光谱仪软件,针对汞灯光谱进行了试验,光谱分辨率优于8 nm,测量得到的汞灯光谱与标准汞灯光谱一致,表明了所设计的基于全息元件的光纤光谱仪光学系统是可行的。     

基于迈克耳孙干涉仪的近场光学实验

介绍了一种以迈克耳孙干涉仪作为操作平台的近场光学实验系统.该系统可以测量棱镜内表面全内反射产生的隐失场,观察两维光栅样品的近场光学结构,还可以用于光子扫描隧穿显微镜(PSTM)的原理性实验,有助于学生深入了解隐失场的结构和近场光学显微镜的基本工作原理.该装置具有结构简单可靠,操作简便等特点,十分适用于物理实验教学.     

基于Sagnac干涉仪的紫外超短脉冲放大技术

介绍了一种基于Sagnac干涉仪形式的超短脉冲多路放大技术,能够实现多个激光脉冲的自动复合,并且在理论上能够实现锁相输出。分析了调节偏差对于干涉仪性能的影响,在仔细调节好干涉仪的情况下,起主要限制作用的是放大器介质折射率的随机变化,同时给出了一种利用偏振分束片的多路放大方法及实验结果,将直径为50mm,能量为2~3mJ的脉冲激光放大为最大输出能量为120mJ,稳定运行在100mJ的脉冲。     

偏振迈克耳孙干涉仪(POLMINT)及其在光学教学中的应用

详细介绍了国际上新近发展的迈克耳孔干涉仪的一种变形－－偏振迈克耳孙干涉仪（POLMINT）的原理,并对其在光学教学中的应用进行了讨论。