光电阵列探测器对色散型光谱仪的光谱分辨极限及波长准确性的影响

针对光电阵列探测器对色散型光谱仪的光谱分辨极限和波长准确性可能造成的不利影响 ,分别从空域和频域两方面分析了阵列探测器的光敏元中心距、谱线的宽度及谱线与光敏元的相对位置对分辨极限及波长准确性的影响 ,并通过计算机模拟定量地给出了在不同情况下其分辨极限和波长准确性的大小 ,得出了高斯型谱线的宽度小于光敏元中心距的 5倍时 ,光谱仪系统不能同时提高其光谱分辨极限和波长准确性的结论。     

光纤成像光谱仪中谱线畸变对调制传递函数的影响

将光纤传像束应用到色散型成像光谱仪中取代其狭缝,链接望远系统和光谱仪组成光纤成像光谱仪。它是二重采样系统,光谱仪的谱线畸变使光纤束采样像元的像与探测器像元之间产生对准偏差,从而对第二次采样过程产生影响,导致调制传递函数(MTF)下降。从线扩散函数角度出发推导出采样过程光学传递函数,分析了谱线畸变对系统MTF的影响,建立了一套评价光纤成像光谱仪MTF的模型。该模型比狭缝型成像光谱仪MTF计算模型多了一项光纤积分MTF因子和一项由谱线畸变引起的对准偏差MTF因子,最后用该模型评价了某机载可见近红外波段光纤成像光谱仪MTF。MTF计算模型的推导和建立方法对计算二重采样系统光学传递函数有参考意义,能指导光纤成像光谱仪的设计。     

光电阵列探测器对色散型光谱仪分辨极限及波长准确性的影响

针对光电阵列探测器对色散型光谱仪的光谱分辨极限和波长准确性可能造成的不利影响，分别从空域和频域两方面分析了阵列探测器的光敏元中心距、谱线的宽度有普线与光敏元的相对位置对分辨极限及波长准确性的影响，并通过计算机模拟定量地给出了在不同情况下其分辨极限和波长准确性的大小，得出了高斯型谱线的宽度小于光敏元中心距的5倍时，光谱仪系统不能同时提高其光谱分辨极限和波长准确性的结论。     

傅里叶变换光谱成像仪光谱传递函数研究

根据光学传递函数理论,定义了光谱成像仪的光谱传递函数. 针对基于Michelson干涉仪的时间调制傅里叶变换（FT）光谱成像仪,基于Sagnac干涉仪、Fresnel干涉仪、Lloyd干涉仪的空间调制FT光谱成像仪,推导出相应的光谱调制传递函数和光谱相位传递函数解析表达式,并分析了其物理意义. 光谱传递函数为评价相应光谱成像仪在光谱域的性能提供了一种量化的判据. 与空间域的光学传递函数相结合,成为反映光谱成像仪综合性能的客观依据. 关键词： 傅里叶变换 光谱成像仪 光谱传递函数     

空间调制傅里叶变换光谱仪分束器色散特性研究

在基于多级微反射镜的傅里叶变换光谱仪中,由于分束器的色散特性, 不同波长的干涉图具有不同的横向偏移量,其在横向空间会发生混叠. 同时,不同波长的干涉图还具有不同的光程差偏移量,使其在纵向空间也会发生混叠. 根据几何光学原理,干涉图的横向混叠会减小干涉图元的有效面积. 计算表明,本研究中干涉图元的横向混叠面积为总面积的3.4%, 通过数据处理扣除混叠部分可以消除横向混叠的影响. 干涉图的纵向混叠会产生一个附加的相位延迟,削弱谱线的强度. 经分析,附加相位延迟与分束器和补偿板之间的厚度差成正比. 本文给出了发生对比度反转时分束器与补偿板厚度差的极限值, 并利用解线性方程组的方法对纵向混叠的干涉图进行了校正, 反演出的光谱与理想光谱的标准偏差仅为1.76×10^-14.     

探测器光谱响应对光谱仪器波长标定中谱峰位置的影响

一般光电探测器的光谱响应是随波长变化的,这在光谱仪器进行波长标定的过程中,可能会改变标定谱线峰值所在的位置,从而影响标定结果的准确度。为此,针对采用阵列探测器的光谱仪器,建立了以高斯线型为标定谱线轮廓的模型,分析了谱线在探测器上经光谱响应调制及积分抽样后峰值位置发生移动的情况,给出了保证在峰值位置不偏移的情况下探测器光谱响应需满足的条件,特别给出了当仪器分光元件为光栅时,在该条件下结合仪器参数的表达式。为保证光谱仪器波长标定的准确度,在仪器设计阶段,可应用此条件选择适宜的探测器;在仪器应用阶段,亦可根据实际探测器参数,应用此条件选择适宜用于标定过程的谱线。     

应用波像差理论计算鱼眼镜头调制传递函数

基于平面对称光学系统的波像差理论,给出了鱼眼镜头各类像差的波像差计算表达式,利用自相关积分法计算了它的调制传递函数,采用8节点的高斯-勒让德数值积分方法求解了其自相关积分;分析了鱼眼镜头倍率色差对确定空间频率光栅的相位改变量,给出了C(656.3nm)、D(589.3nm)、F(486.1nm)离散光谱的倍率色差的调制传递函数计算表达式.利用本文方法和Zemax快速傅里叶变换法分别计算两个鱼眼镜头系统的调制传递函数,并进行了对比.结果表明,对于中小孔径的鱼眼镜头成像系统,本文方法和仿真得到的结果较好地吻合.     

基于特征谱线与约束拟合相位的绝对波数标定方法

谱域光学相干层析成像(spectral-domain optical coherence tomography, SD-OCT)系统中普遍存在波数域的非线性采样问题.为实现常规快速傅里叶变换算法下离散界面的精确定位与OCT图像的高质量重建,需要解决光谱仪中离散采样点绝对波数的精确标定问题.本文提出了一种基于精确光程差下特征谱线与约束拟合相位的绝对波数标定方法,在谱域OCT系统的样品臂中,使用具有精确厚度差异的金属量规,获得特征谱线对应的绝对相位值,进一步精确求解出特征谱线对应的相位包裹次数,克服了常规干涉光谱相位方法中普遍存在的2π歧义,结合窗口约束条件下高信噪比区域的拟合相位,实现光谱仪采样点绝对波数的精确标定.通过全面比较本文方法与传统插值重采样方法在离散界面定位、轴向分辨率以及图像重建质量等方面的差异,验证了本方法的显著优势.     

数字微镜哈达玛光谱仪谱线弯曲的分析与修正

由于数字微镜（digital micro-mirror device, DMD)哈达玛变换光谱仪其成本低,光能利用率高及无运动部件等优势,逐渐成为光谱仪领域的研究重点。研制了一款基于DMD的哈达玛变换光谱仪。为了解决光谱仪谱线弯曲造成的光谱分辨率下降的问题,对基于DMD的哈达玛变换光谱仪中的谱线弯曲所引起的谱带混叠进行了分析。首先,导出了谱带混叠与谱线弯曲的关系式。然后,提出了两个过程来解决谱带混叠,一是通过调整DMD编码条纹,使DMD所编码的谱带最大限度地与标准谱带重合; 二是通过数据处理对谱带混叠进行修正。最后,通过对谱线曲率半径为5.8×104,7.8×104和9.7×104 μm等六种情况下谱带混叠进行了分析与修正,拟合出光谱混叠和修正效果与谱线曲率半径的关系。结果表明： 对于不同程度的谱线弯曲经过这两个过程修正后,分辨率都会改善到接近光学系统的分辨率, 说明这两个过程对修正谱线弯曲具有普适性、并且方法简单、有效。     

调制转移光谱光频率标准系统中电光参数的优化研究

根据窄带相位调制光在非线性吸收介质中的近简并四波混频的物理机理,分析了采用电光调制器实现调制转移光谱(MTS)技术的电磁场激励及其动态演化过程,建立了MTS中频率色散谱和吸收谱的理论模型. 研究结果表明:以分子吸收谱线色散谱信号作为频率误差鉴别信号时,系统调制频率取0.72倍谱线线宽附近可以得到最佳的色散信号强度;解调相位的变化对吸收谱的影响很大,但对色散谱而言,解调相位在90°附近的小范围波动对频率误差信号解调效果影响不大;调制度在0.5–1区域可以得到较好的综合稳频效果. 关键词： 光频率标准 调制转移光谱 频率稳定 电光参数优化     

光电探测器对光谱仪器精度的影响

通过优化光谱探测环节来提高光谱仪器的精度是改进或研制新型光谱仪的重要途径。为此,文章基于对光电成像系统中光学传递函数的研究,建立了光谱图像经探测器积分抽样后重建的数学模型,并在此基础上分析了光电探测器积分抽样特性参数对光谱线频谱的影响,讨论了光谱线半宽度与探测器积分区间宽度、灵敏度及抽样间隔的关系,提出了准确重建光谱线,提高光谱仪器波长精度和光度精度的探测器优化原则。     

凝视焦平面探测器的空间采样效应建模仿真

为了增加红外凝视焦平面阵列探测器成像仿真的置信度,对探测器所存在的空间采样效应产生机理进行了分析,并且从空间域角度对其进行了建模,借助于基于图像像素处理的方法进行实验仿真;为了客观地评价空间采样效应对探测器成像质量的影响,定义了图像的负指数型平滑度,实验结果表明,叠加空间采样效应后探测器输出图像的平滑度减小了11.7%,图像局部波动变大,从而验证了红外探测器成像仿真中空间采样效应考虑的必要性。     

CdZnTe像素探测器的电输运性能

碲锌镉(CdZnTe)是一种性能优异的室温核辐射半导体探测器材料,广泛应用于核安全、核医学以及空间科学等领域.然而,传统的CdZnTe平面探测器受制于"空穴拖尾"效应的影响,探测性能有待改善.采用改进的垂直布里奇曼法生长的In掺杂Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te单晶制备出单载流子收集的4×4像素阵列探测器,通过电流-电压(I-V)测试和γ射线能谱响应测试,研究了像素探测器的电学性能和载流子电输运性能,随之与相应的CdZnTe平面探测器进行了性能对比.结果表明,CdZnTe像素探测器的电阻率约为1.73×10~(10)?·cm,且施加100 V偏压后单像素点的最大漏电流小于2.2 nA;当施加偏压升高至300 V时,单像素点对~(241)Am@59.5 keV的γ射线的最佳能量分辨率可达5.78%,探测性能优于相同条件下制备的CdZnTe平面探测器.     

一种基于ＰＩＮ型光电二极管频率响应的测试方法

根据信号系统相关理论,提出了一种针对该类光电探测器频率响应的测试方法。该方法实现的测试系统主要包括窄带脉冲激光光源、光强衰减装置和光电探测器等。由光电探测器接收经过光强衰减后的窄带激光脉冲信号,同时利用数字示波器获得相应信号波形的上升时间;根据相关的计算公式,得到光电探测器的频率响应;对所得测试结果进行误差分析。实验结果表明:对理论频率响应带宽为１０．６ ＭＨｚ的探测器,利用该方法测得的相对误差为６％左右, 该测试方法简单、可行,适用范围广。     

基于荧光光谱法的钞票识别技术

以光栅光谱仪为基础,光电倍增管作为探测器,运用VC++语言设计了计算机采样界面,形成了荧光光谱分析的钞票识别光电系统。在紫光灯激发下,对钞票进行了荧光光谱特性分析,设计了基于荧光光谱分析的钞票识别光学系统、光电信号的检测和信号处理系统。测试结果表明：真假币的荧光光谱曲线有着明显的区别,它们的峰值分别为545nm和525nm。设计的荧光光电系统灵敏度高,可靠性好。     

基于信息失真的光电成像系统优化方法

提出了一种利用信息失真参数研究光电成像系统优化匹配的新方法。分析了光电成像系统频谱混叠问题,将物光强函数分解为一系列非负谐波函数,并对谐波的成像结果进行了求解。在此基础上,建立了物、像与光电系统的信息模型,进而对不同光学系统截止频率下的信息失真度进行了数值计算,阐述了基于信息失真的光学系统与探测器的匹配关系。结果表明,当探测器像元边长为10 μm时,高斯物频谱应选择截止频率为100 mm-1的衍射受限光学系统才能获得最小失真度0.144 1。     

光学平台微角振动激光探测方法研究

设计了精密动态测角实验系统,该系统利用扩束镜正向和逆向不同的光学变换性质,将共孔径双向传输的倍增式角敏光学系统与光电精密位置传感器（PSD）相结合,并从理论上分析了高灵敏光学测角的基本原理,给出了被测角与传感器信号的关系。为消除光电噪声对探测分辨率的影响,信号处理引入了相关检测模式。通过压缩系统噪声信号的等效带宽,从频域中滤除干扰信号的频率成分,实现了从噪声中提取高分辨角度信息。     

低噪声不隔直光电探测电路的设计

光电探测电路是光纤通信和光电检测系统中光信号转换成电信号的关键部分,但现有光电探测器大都不能同时测量脉冲光信号与直流光信号。为了获得低噪声并且能够同时测量脉冲光信号和直流光信号的光电探测器,设计一个不隔直光电探测电路,采用平衡放大方式消除直流工作点不稳定问题,提出了一种利用谐波分析法测量光电探测电路带宽的方法;同时对影响噪声的各种因素进行了研究,计算了探测电路的噪声电压和电流,提出了利用降低温度的方法提高信噪比。结果表明了该方法的有效性。     

像元光敏宽度对干涉成像仪复原光谱幅值的影响

推导出了静态干涉成像光谱仪的探测器阵列采样空间调制干涉图的实际数学表达式,由此进一步推导出了含像元光敏宽度的复原光谱幅值的一般表达式。分析结果表明,当像元间距一定时,光敏宽度对复原光谱幅值存在影响。对于确定的光敏宽度,随着波数的变长,复原光谱幅值所受到的影响逐渐增大;对于确定的波数,随着光敏宽度的变宽,复原光谱幅值所受到的影响逐步增大。