傅里叶变换红外光谱仪复数光谱误差分析及辐射定标方法研究

主要讨论了傅里叶变换红外光谱仪的相位偏移产生的原因,并且用严密的数学推导证明了相位偏移与复数光谱之间的关系。同时还分析了傅里叶变换光谱仪辐射量偏移产生的原因,并提出了复数光谱的辐亮度定标方法,该方法能够对辐射量偏移进行校正。实验数据与理论值的对比证明这种定标方法具有很高的精度。     

傅里叶光谱仪高精度光谱定标研究

为了提高傅里叶光谱仪光谱定标精度,减小光谱定标误差,基于风云四号大气垂直探测仪实验室气体池光谱定标数据,进行傅里叶光谱仪高精度光谱定标算法研究。首先,分析了傅里叶光谱仪的分光原理,并在对参考激光波数漂移、光线离轴、以及有限视场引起光谱波数偏移的原理进行分析后,得出傅里叶光谱仪光谱定标公式及定标参数的计算方法;接着分析了快速傅里叶变换(FFT)的栅栏效应和干涉图截断产生的sinc函数造成的光谱定标误差较大的原因;然后通过对比几种不同的光谱细化方法,选择高效的快速Chirp Z-transform(CZT)进行光谱细化,解决FFT光谱分辨率较低导致光谱误差较大的问题;通过对气体池参考气体在HITRAN数据库中的理论谱线,用Gaussian线型展宽并卷积sinc函数处理后作为光谱定标参考谱线的方式,减小由sinc函数引起的谱线间串扰造成的光谱定标误差,从而提高光谱定标精度。最后,使用实验测得的数据对该光谱定标算法进行验证,对比使用CZT细化光谱前后定标误差,和参考谱线处理前后的定标误差,证明该算法可以有效提高光谱定标精度,最高可将光谱定标误差减小10倍以上。     

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。     

傅里叶变换红外光谱仪探测器仪器响应函数研究

由于傅里叶变换红外光谱仪探测器在各个波段的仪器响应不相同,在应用过程中无论是利用光谱的绝对强度还是相对强度,都需要应用标准黑体对仪器进行定标,找出仪器响应函数。该文对加拿大BOMAN公司MR154型傅里叶变换红外光谱议配带的两个红外探测器(锑化铟InSb、碲镉汞MCT)的仪器响应函数进行了研究,并找出了它们随黑体温度(辐射亮度)的变化规律。该规律对傅里叶变换红外光谱仪的定标和保证所测辐射谱的正确性有重要意义。     

激光器件 液体激光器

TN248.35 2006042988振幅和相位涨落对锁模脉冲列特性的影响=Influence ofamplitude and phase fluctuations on the characteristics of amode-locked laser pulse train[刊,中]/顾春(中国科学技术大学物理系.安徽,合肥(230026)) ,隋展…∥强激光与粒子束.—2006 ,18(3) .—423-426用傅里叶变换的方法分析了锁模激光器中模式间的相位和振幅涨落对锁模脉冲列特性的影响。将锁模激光器中各模式的相位和振幅涨落作傅里叶展开,再通过增益谱抽样的傅里叶变化得到其时域行为。分析结果表明振幅系统涨落及随机涨落均不引起脉宽的明显变化,只引起…     

新书快讯:《傅里叶变换红外光谱分析》(第2版)简介

<正>由北京大学翁诗甫教授级高工编著的《傅里叶变换红外光谱分析》(第2版)一书已于2010年5月由化学工业出版社出版。本书系统地介绍了红外光谱的基本概念、傅里叶变换红外光谱学的基本原理、傅里叶变换红外光谱仪的结构、傅里叶变换红外光谱仪附件原理和使用技术     

新书快讯:《傅里叶变换红外光谱分析》(第2版)简介

由北京大学翁诗甫教授级高工编著的《傅里叶变换红外光谱分析》(第2版)一书已于2010年5月由化学工业出版社出版。本书系统地介绍了红外光谱的基本概念、傅里叶变换红外光谱学的基本原理、傅里叶变换红外光谱仪的结构、傅里叶变换红外光谱仪附件原理和使用技术、红外光谱样品制备和测试技术、红外光谱数据处理技术、红外光谱的定量分析和未知物的剖析、基团的振动频率分析以及红外光谱仪的保养和维护技术。     

新书快讯:《傅里叶变换红外光谱分析》(第2版)简介

由北京大学翁诗甫教授级高工编著的《傅里叶变换红外光谱分析》(第2版)一书已于2010年5月由化学工业出版社出版。本书系统地介绍了红外光谱的基本概念、傅里叶变换红外光谱学的基本原理、傅里叶变换红外光谱仪的结构、傅里叶变换红外光谱仪附件原理和使用技术、红外光谱样品制备和测试技术、红外光谱数据处理技术、红外光谱的定量分析和未知物的剖析、基团的振动频率分析以及红外光谱仪的保养和维护技术。     

新书快讯:《傅里叶变换红外光谱分析》(第2版)简介

由北京大学翁诗甫教授级高工编著的《傅里叶变换红外光谱分析》(第2版)一书已于2010年5月由化学工业出版社出版。本书系统地介绍了红外光谱的基本概念、傅里叶变换红外光谱学的基本原理、傅里叶变换红外光谱仪的结构、傅里叶变     

红外光谱辐射计探测器高阶非线性响应校正方法

针对傅里叶变换红外光谱辐射计辐射定标需要黑体辐射面充满仪器视场的技术特点,分析了由于入射光子流较高导致红外探测器产生非线性响应误差的机理.通过仿真包含非线性误差的黑体辐射数据,研究了非线性误差对光谱产生的影响,并根据卷积和交叉迭代两种校正方法,提出了适合校正高阶非线性响应误差的迭代方法—梯度下降法.利用傅里叶变换红外光谱辐射计进行辐射定标实验,对比卷积、交叉迭代和梯度下降法三种校正方法的效果,结果显示三种校正方法均可有效减小非线性误差,分别使拟合优度提高了0.15%,0.29%和0.39%,梯度下降法校正后的光谱数据更为准确.     

新型傅里叶变换光谱探测系统相位误差校正方法

为了降低基于MEMS(micro-electro-mechanical systems)微镜的傅里叶变换光谱探测系统复原光谱仪的畸变,提高复原光谱的质量,减小系统相位误差的影响,提出了一种系统相位误差的修正方法。首先分析了基于MEMS微镜的傅里叶变换光谱探测系统中相位误差的主要来源,分析结果表明：该新型傅里叶变换光谱探测系统的相位误差来源于光程差的零点漂移,该相位误差可以通过改进该系统干涉仪的结构引入过零采样并利用Mertz乘积法进行修正。搭建了光谱探测系统的实验平台,对该相位误差校正方法进行了实验验证,实验结果表明：采用了改进干涉仪并利用Mertz乘积法校正误差后的光谱探测系统所测得的复原光谱质量得到明显改善,去除了原复原谱畸变产生的负峰,且旁瓣得到明显抑制。该相位误差校正方法能够很好的降低相位误差对系统性能的影响,能够有效地提高系统的光谱探测性能。在提出的基于MEMS微镜的新型傅里叶变换光谱探测系统的基础上,分析了该系统相位误差的来源,提出了一种系统相位误差的修正方法,提高了系统的光谱探测性能。     

光学应用 光学环境科学应用

X83 2006043801基于亮温光谱法的大气污染气体探测=Remote sensing ofpollution cloud by passive Fourier transforminfrared spec-trometry[刊,中]/熊伟(中科院安徽光机所.安徽,合肥(230031)) ,方勇华…∥光电工程.—2006 ,33(4) .—27-30在利用被动傅里叶变换红外光谱仪进行大气污染气体的探测识别研究时,由于作为背景的自然界的大部分物质的发射率很高,并且在700 ~1 300 cm-1范围近似为常数,因此,可利用计算具有常数基线的亮温光谱的方法来进行探测。该方法不需要预先测量背景光谱,能直接从亮温光谱中扣除掉背景及干扰信号,提取出目标…     

信息光学 光学滤波与频谱分析

O438.22006010284散斑分数傅里叶联合变换相关测量研究=Research on themeasurement of speckle displacement with joint fractionalFourier transformcorrelation[刊,中]/赵玮(第二炮兵工程学院基础部物理教研室.陕西,西安(710025)),王莲芬…∥光电工程.—2005,32(9).—47-50提出了数字散斑联合变换分数相关测量方法,利用分数相关可以锐化相关峰的作用,在数字散斑联合变换相关运算中用分数傅里叶变换代替傅里叶变换,提高了测量精度。通过对散斑图像进行相位调制,有效地解决了分数傅里叶变换的移变性带来的谱移问题。编程模拟和对拉伸试…     

自参考光谱相干法的小波变换相位重建

将小波变换法引入光谱相位相干电场重建法的相位重建，从光谱干涉条纹的小波变换中直接 读取条纹相位，消除了传统傅里叶方法滤波过程中产生的相位噪声. 这种方法将有利于超宽 带、单周期超短脉冲的产生，更适用于超短脉冲的评价. 关键词： 超短脉冲 相位重建 小波变换     

FTIR单边干涉图相位校正技术的研究与改进

基于傅里叶变换红外光谱仪干涉图的单边过零采样和非对称性,对相位校正技术进行研究和改进。针对Mertz乘积法对切趾函数的匹配性要求高,干涉图非对称切趾旁瓣抑制效果差、光谱分辨率低的缺点,综合Mertz法和Forman法的特点提出一种改进的相位校正方法。采用对称化方法将单边干涉图变换为双边干涉图、对称切趾、傅里叶变换重建功率谱,并采用对称化的双边干涉图傅里叶变换求取高分辨率的相位谱,提高相位校正的精度。通过仿真分析了非对称窗函数较对称窗函数有比较宽的主瓣宽度、高的旁瓣幅值,分辨率降低;实验验证该改进的相位校正方法功率谱误差小、计算量少,且光谱分辨率比较高,达到2cm-1。     

实测太赫兹频谱线性缩放分析与偏移修正

分析了在太赫兹时域光谱系统的实际测量应用中由延迟线机构倾斜造成实测频谱产生线性缩放的原因;以现有商用化高精度傅里叶变换红外光谱仪的测量结果作为参考,对实测频谱线性缩放进行比对修正,得到了与真实值更接近的结果,证明了该方法的可行性.     

光纤傅里叶变换光谱仪干涉图的对称化处理

偏离中心条纹的抽样以及光纤干涉仪的缺陷引起光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)输出的干涉图不对称,导致由傅里叶余弦变换计算得到的光谱带有相位误差,影响光谱的线型。文章首次将卷积方法应用到光纤傅里叶变换光谱仪中干涉图的对称化处理,利用干涉图的中心部分计算出相位误差,通过傅里叶变换得到了对称化处理函数,用卷积运算在时域完成了光谱的相位误差校正。实验研究表明,在FFTS中该方法能在时域有效地实现干涉图对称化,校正了光谱的相位误差。该方法不仅克服了双边干涉图的缺点,而且校正的结果有较高的准确度。     

中波红外微型静态傅里叶变换光谱仪的设计与分析

提出一种基于微光学元件的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪,通过引入红外微结构衍射光学元件、多级微反射镜和微透镜阵列,实现仪器的微型化.介绍了微型傅里叶变换红外光谱仪的结构及基本原理,分析了微型准直系统和聚焦耦合光学系统的设计理论,研究了单片折衍混合准直透镜的残存像差、衍射面的衍射效率、多级微反射镜的衍射、微透镜阵列的孔径衍射和中继系统的轴向装配误差对光谱复原的影响.最后,对中波红外微型傅里叶变换光谱仪进行了建模仿真,得到的复原光谱与理想的光谱曲线比较符合,实际的光谱复原误差为2.89%.该中波红外微型静态傅里叶变换光谱仪无可动部件,且采用了微光学元件取代了传统的红外镜头,不仅稳定性良好,而且体积小、重量轻,有利于在线监测应用.     

微小型傅里叶变换光谱仪光场分析与衍射抑制

为了进一步实现傅里叶变换红外光谱仪的微小型化,在基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪结构中引入空间光调制器与点探测器。利用多级微反射镜对入射光场进行相位调制,同时利用空间光调制器对各干涉级次进行分布式测量。将两个多级微反射镜作为两个相位衍射屏并将空间光调制器作为振幅衍射屏,分析光波与每一个衍射屏的作用,发现干涉光场受到空间光调制器和多级微反射镜边缘衍射光场的调制。多级微反射镜边缘对入射光的截止产生了衍射效应,为了抑制该衍射效应对系统的影响,提出了一种扩展多级微反射镜阶梯级数的方法。该方法通过扩大干涉区域,避免了边缘衍射效应对内部有效干涉级次的影响。计算表明,该方法可以消除干涉图序列的失真,有效实现信号光谱复原。     

傅里叶变换轮廓术定标实验研究

基于傅里叶轮廓变换术,研究对三维相位图进行定标,即标定调制相位与高度的定量关系的方法.首先,推导实验用的高度与调制相位的定标公式;然后,使用周期为3个像素的光栅条纹,以高度问隔分别为50μm,1 mm,2 mm,5 mm进行定标实验,并应用定标公式对沿高度方向的包裹相位进行解包.