空间调制傅里叶变换红外光谱仪多级微反射镜倾斜误差分析

空间调制傅里叶变换红外光谱仪无可动部件,系统稳定而紧凑,而且程差可控,可实现在线监测和实时检测。多级微反射镜是光谱仪干涉系统的关键器件,其在系统中的位置精度对光谱仪性能影响很大。本文对多级微反射镜的倾斜误差引起的光程差变化进行了理论计算,并利用光学软件进行了模拟仿真。分析结果表明,随着多级微反射镜倾斜角度的增大,干涉图对比度下降,对应的光谱图脉冲谱线展宽,信噪比下降,严重时会出现波数偏离。以上分析方法对后期系统公差分配及装调有着重要的指导意义。     

基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪衍射效应分析

对基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪的衍射效应进行了计算分析,讨论了多级微反射镜宽度,衍射距离以及波长产生的衍射效应对光谱复原的影响。从模拟的结果可知,在衍射距离小于10 cm,反射面宽度大于0.5 mm的情况下,衍射效应较小,而且探索出了一种可以减小噪声的数据处理方法。文章的结论将应用于微型傅里叶变换红外光谱仪的设计、数据处理以及系统的优化。     

快照傅里叶变换成像光谱仪阵列非均匀特性的Monte Carlo分析

快照傅里叶变换成像光谱仪通过微透镜阵列的多重成像与微反射镜阵列的分布式相位调制实现图谱信息的实时获取.由于阵列器件制作精度的限制,微透镜阵列与微反射镜阵列各单元之间的结构参数会存在不同程度的偏差,从而影响系统的性能.微透镜阵列各透镜单元之间结构参数的偏差可以等效为焦距的非均匀性,微反射镜阵列各阶梯单元之间的差别主要体现...     

基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪中准直误差的分析

通过对基于多级微反射镜的空间调制傅里叶变换红外光谱仪准直误差的分析,模拟了准直误差的存在而导致的干涉图大光程差处对比度反转和光谱图边频噪声的产生。讨论了在不同的误差系数下复原光谱图的信噪比和分辨率,并且分析了干涉图大光程差处对比反转以及光谱图边频分量的产生原因。仿真结果表明,在误差系数α=0.15°.mm-1时,光谱的信噪比会下降到6 dB,同时光谱分辨率会退化到13.4cm-1。本文的结论将应用于微型光谱仪系统的光学设计与装调。     

用于微型光谱仪的硅基多级微反射镜设计与制作研究

提出了一种基于微光机电系统技术实现的空间调制方式的微型傅里叶变换光谱仪,介绍了其分光干涉系统结构及工作原理.对其核心部件多级微反射镜的制作方法进行了研究,采用硅在KOH溶液中的各向异性腐蚀方法制作多级微反射镜,硅腐蚀后形成的(111)反射面的表面粗糙度均方根小于10nm.     

一种静态傅里叶变换红外光谱仪的光学系统分析与设计

对基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪进行了光学分析,研究了光源尺寸、光强分布的不均匀性和光学系统像差等因素对光谱复原的影响。发现光源尺寸影响光谱分辨率,光强分布的不均匀性和光学系统像差会产生基线噪声。数值计算的结果表明,当光阑的尺寸小于2.5mm,不均匀的标准偏差小于0.5,准直系统的波像差均方根值小于0.05,以及缩束成像系统的光斑直径小于30μm时,光谱复原的噪声可以忽略。给出了光学系统的设计结果。     

拼接误差对拼接式大口径反射镜成像质量的影响

以由七片边长为0.5 m的正六边形子镜组成的拼接式大口径反射镜为例,理论分析和数值模拟各种拼接误差对成像质量的影响.利用傅里叶变换的特殊性质简化求解大反射镜的点扩散函数过程并推导各种误差下的解析表达式.采用快速傅里叶变换数值模拟边缘失配误差、平移误差及倾斜误差情况下的点扩散函数,并根据光学系统的成像原理模拟成像效果.结果表明,边缘失配误差对成像质量无影响,而平移误差影响较大,倾斜误差影响相对较小.     

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.     

静态傅里叶变换光谱仪的微阶梯反射镜设计及制作

静态傅里叶变换光谱仪的反射镜采取微阶梯反射镜,使光谱仪可在无需空间驱动装置的前提下实现空域上各级次的同时采样。通过理论研究和对测试数据的对比分析,确定使用楔形玻璃条制作微阶梯反射镜。此方法采用常规光学零件加工工艺制作1个楔形玻璃块和10个楔形玻璃条,然后按序选取楔形玻璃条,并逐一光胶在楔形玻璃块的斜面上,且相邻楔形玻璃条的接触面用紫外胶固连;水平方向反复推动相邻后一个楔形玻璃条直到检测仪器测量出相邻楔形玻璃条的阶梯厚度差达到要求为止;用紫外灯固化紫外胶;重复以上步骤制作出所需台阶数目的微阶梯反射镜。和别的制作方法相比,此方法安全性和可行性高,而且具有一致性、台阶厚度可控特点,可制作出台阶高度误差为0.124 μm、表面粗糙度为12 nm的微阶梯反射镜,达到系统设计要求。     

转镜式光谱仪端反射镜误差容限分析

系统分析了当转镜式干涉光谱仪端反射镜发生倾斜,致使反射光束偏转时对干涉图的影响.发现光束偏转带来的误差分为三部分：1）光束偏转导致整体增加的恒定光程差;2）垂直光轴方向因不同光线而引入的偏移光程差;3）光束中心相对于光轴的偏移量.干涉强度中的有效信号减小,同时直流分量不变,因此信噪比降低.最后从调制度和相位误差角度给出了端反射镜倾斜误差容限并讨论了减小干涉图受光束偏转影响的方法.     

Error Estimation in the Histogram Monte Carlo Method

We examine the sources of error in the histogram reweighting method for Monte Carlo data analysis. We demonstrate that, in addition to the standard statistical error which has been studied elsewhere, there are two other sources of error, one arising through correlations in the reweighted samples, and one arising from the finite range of energies sampled by a simulation of finite length. We demonstrate that while the former correction is usually negligible by comparison with statistical fluctuations, the latter may not be, and give criteria for judging the range of validity of histogram extrapolations based on the size of this latter correction.     

基于蒙特卡罗方法的α放射源能谱测量模拟

运用蒙特卡罗方法建立PIPS-谱仪的腔室模型,模拟谱仪对面源（238Pu）的能谱测量,通过改变放射源与探头之间的距离,模拟不同条件下粒子的射线能谱,同时,对不同探源距条件对射线能谱的影响进行分析;另一方面,使用谱仪在不同探源距的情况下进行能谱实验测量,获得不同条件下射线能谱;最后,将模拟与实验的结果进行对比,分析实验测量结果与模拟结果的相对误差,并对模拟过程及模型参数进行校正,对校正后的模型进行实验验证,使其能够应用到其他放射源的能谱测量中,并且使其可用于单能粒子的能谱研究,研究结果也可为能谱测量技术提供依据,为能谱解谱技术提供数据支持。     

Monte Carlo method and sensitivity estimations

It is shown that, starting from any existing Monte Carlo algorithm for estimation of a physical quantity A, it is possible to implement a simple additional procedure that simultaneously estimates the sensitivity of A to any problem parameter. The corresponding supplementary cost is very low as no additional random sampling is required. The principle is presented on a formal basis and simple radiative transfer examples are used for illustration.     

热辐射输运问题的高效蒙特卡罗模拟方法

惯性约束聚变研究中,热辐射光子在介质中的输运以及热辐射光子与介质的相互作用是重要研究课题,蒙特卡罗方法是该类问题的重要研究手段之一.隐式蒙特卡罗方法虽然能正确地模拟热辐射在介质中的输运过程,但当模拟重介质(材料的吸收系数大)问题时,该方法花费的计算时间将变得很长,导致模拟效率很低.本文以离散扩散蒙特卡罗方法为基础,开发了"离散扩散蒙特卡罗方法辐射输运模拟程序",可以较好地解决重介质区的计算效率问题,但是离散扩散蒙卡罗方法在模拟轻介质区时精度不够高.辐射输运问题中通常既有轻介质也有重介质,为了能同时解决蒙特卡罗方法模拟的效率和精度问题,本文研究了离散扩散蒙特卡罗方法与隐式蒙特卡罗方法相结合的模拟方法,并提出了新的扩散区与输运区界面处理方法,研制了混合蒙特卡罗方法的辐射输运模拟程序.典型辐射输运问题模拟显示:在模拟重介质问题时,该程序能大幅缩短模拟时间,且能取得与隐式蒙特卡罗方法一致的结果;在模拟轻重介质均存在的问题时,与隐式蒙特卡罗方法相比,混合蒙特卡罗方法的模拟精度与其相当且计算效率同样能够得到显著提升.     

基于蒙特卡罗方法的几何因子计算程序

应用蒙特卡罗方法求解几何因子,基于蒙特卡罗方法的几何因子计算程序使用C++语言编写,可用于任意位姿的各种尺寸的圆面探测器对圆面源几何因子的计算。该程序使用了方差减小技巧。通过与国际通用蒙特卡罗计算程序(MCNP5)的计算结果对比,该方法具有结果准确(误差较小)、计算速度快、使用方便等优点。最终使用该程序计算几何因子,与实验数据进行对比,成功验证了中子深度分布分析(NDP)能谱测量系统探测器位姿的准确性(误差5%以内),并对其移动位置进行修正,发现电机移动20mm大约会产生1mm的误差。     

基于蒙特卡罗方法的几何因子计算程序

应用蒙特卡罗方法求解几何因子,基于蒙特卡罗方法的几何因子计算程序使用C++语言编写,可用于任意位姿的各种尺寸的圆面探测器对圆面源几何因子的计算。该程序使用了方差减小技巧。通过与国际通用蒙特卡罗计算程序（MCNP5）的计算结果对比,该方法具有结果准确（误差较小）、计算速度快、使用方便等优点。最终使用该程序计算几何因子,与实验数据进行对比,成功验证了中子深度分布分析（NDP）能谱测量系统探测器位姿的准确性（误差5%以内）,并对其移动位置进行修正,发现电机移动20 mm大约会产生1 mm的误差。     

Speckle intensity images of target based on Monte Carlo method

Speckle intensity in the detector plane is deduced in the free-space optical system and imaging system based on Van Cittert-Zemike theorem. The speckle intensity images of plane target and conical target are obtained by using the Monte Carlo method and measured experimentally. The results show that when the range extent of target is smaller, the speckle size along the same direction become longer, and the speckle size increase with increasing incident light wavelengths. The speckle size increases and the speckle intensity images of target is closer to the actual object when the aperture scale augments. These findings are useful to access the target information by speckle in laser radar systems.     

用蒙特卡罗方法研究生物组织中的光分布

本文利用蒙特卡罗方法研究准直光束通过生物组织时其内部光吸收剂量分布的特点．计算模型设定的条件为：组织与其边界折射率不同、组织为纵向有一定宽度的层状结构．理论的计算模拟结果已同组织模拟体的实验结果作了比较，两者能较好的吻合．     

铜团簇(n=55)结构及能量随温度演变的Monte Carlo 模拟研究

采用Monte Carlo方法及Embeded-Atom Method作用势，以55个铜原子体系为对象，研究了高 温铜团簇的结构及能量.首先计算温度为200?K时Cu₅₅的能量及结构，其结果 与土耳 其Süleyman ?zcelik 等人的研究小组的研究结果符合很好，说明此方法是可靠的.然后， 从12000?K开始逐渐降温，间隔1000?K，每个温度点MCS为10⁶，在达到平衡时 得到体系的结构及能量.结果表明：在10000?K以上时，体系只有少数原子结合在一起成核，成核数很少，且很不稳定，单原子数较多；在10000?K到6000?K温度段，随着温度的降低，体系 结构由单原子双原子数较多渐变到有较多原子结合在一起，形成一个大的成核中心，剩余单 原子、双原子逐渐与成核中心集结；在温度5000?K达到平衡时，体系原子已经完全结合在 一起，没有单个原子存在，体系能量为-11206?eV，在进一步降温的过程中，体系结构由 5000?K时的不对称、不规则渐变到600?K时的规则、对称的双二十面体结构，能量为-168 50?eV；在可视化的显示下，得到一幅十分清晰的关于体系随温度降低的结构演变图. 关键词： 铜团簇 结构及能量 Monte Carlo 模拟 高温     

混响室的概率统计分析方法及其蒙特卡罗模拟

 提出了一种研究混响室问题的理论分析方法,从理想混响室的离散概率模型出发,采用蒙特卡罗模拟来获得室内电磁场量及其相关物理量的概率统计特性。运用该方法获得了混响室内若干场量（均为归一化值）的概率密度函数、室内一段均匀无耗单导体传输线的负载平均耦合截面及负载电流响应模值的概率分布,所得结果与已有文献给出的结果（包括由解析公式计算或测量所得的结果）吻合良好。由于蒙特卡罗方法的普适性,采用该方法可以获得任意待分析参量的全部概率统计特性（只要样本数足够大）。同时该方法无需针对具体混响室进行,只要在其测试区域能较好地与理想混响室的基本概率模型相吻合,就能给出较精确的计算结果,且其计算量远远小于基于全波分析的蒙特卡罗方法。