光谱学 光谱仪器

TH744.1 2006042924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=Error analysis and calibration method of complexspectrum of Fourier transforminfrared spectrometer[刊,中]/张天舒(中科院安徽光机所.安徽,合肥(230031)) ,刘文清…∥光谱学与光谱分析.—2006 ,26(3) .—430-433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…     

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。     

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。     

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     

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。     

基于相位相关性的傅里叶变换光谱数据的相位误差修正方法

 相位误差的校正是傅里叶变换成像光谱仪数据处理的重要环节之一。针对干涉曲线的对称性特征,利用相位相关性计算方法,提出一种新的傅里叶变换光谱数据的相位校正的方法。将相位相关性拟合为Sinc函数,计算亚像素的偏移量,采用离散余弦变换转换到光谱域。使用标准光谱库中的源光谱数据作为原始数据,将通过离散余弦变换仿真的干涉数据与该方法得到的结果进行比较和验证,并与Mertz方法进行了对比。结果表明：该方法精度优于Mertz方法,并且计算简单。     

基于稀疏相位和可调傅里叶变换的图像加密

针对光学图像加密的轮廓显现问题,提出了一种基于稀疏相位和可调傅里叶变换的图像加密方法。将可调傅里叶变换引入光学图像加密程序中,运用二维可调傅里叶变换实现像素混淆处理,相比基于复数或实数的变换域方案,计算复杂度较低;从加密函数提取相位值并获得加密数据的相位函数,再提取相位加密函数的稀疏数据,从而避免将密文相位信息主要集中在纯相位掩码内,以解决轮廓显现问题;完成了单图像加密实验和双图像加密实验,结果表明实现了较好的安全性,解决了光学图像加密的轮廓显现问题。     

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.     

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.     

PVP/HEC分子间缔合作用机理探讨

通过粘度、紫外光谱、红外光谱和DSC谱的测定 ,探讨了PVP/HEC分子间的缔合机理 .结果表明 ,PVP/HEC复合体系相对于单一体系产生了粘度的负协同效应 ,NaCl的加入使单一体系和复合体系的粘度均下降 ;在紫外可见吸收光谱中 ,PVP/HEC复合体系的最大吸收波长λmax相对于PVP、HEC各自的λmax都发生红移 ;PVP/HEC复合物的红外光谱在 2 370cm-1出现新的吸收峰 ;DSC谱中复合物的峰温高于简单混合物 ,而其焓变低于简单混合物 ,这一切均证明HEC与PVP之间未发生疏水缔合 ,而是HEC的羟基与PVP的羰基之间通过氢键缔合成复合物 ,复合物的分子链排列较为紧密 .     

Determination of subpixel microdisplacements of speckle structure using the phase shift of spatial spectrum field

An experimental method for measurement of subpixel microdisplacements of speckle structure based on the parameters of the linear phase shift in the field of the complex spatial spectrum of the displaced structure is proposed and experimentally implemented. The phase shift is determined when a phase shift of spectrum is numerically added and the correlation analysis of the resulting linear phase shift in the spatial spectrum of specklegrams is performed. The method provides additional possibilities in the measurements using digital speckle photography when the period of interference fringes formed in the total spatial spectrum of specklegrams is significantly greater than the spectral width.

     

傅里叶变换红外光谱法分析紫外线-B(UV-B)辐射对黄芩不同部位化学成分的影响

通过傅里叶变换红外光谱法(FTIR)研究了紫外线-B(UV-B)辐射对黄芩根、茎、叶不同部位化学成分的影响.结果表明,UV-B辐射增加了黄芩根及叶中醇类和酚类物质以及类黄酮的含量,根中萜类物质含量增加,叶中蛋白质含量增加.与根和叶中的情况相反,UVB辐射降低了茎中醇类和酚类物质、类黄酮、不饱和脂以及内酯类物质,这些结果说明UV-B辐射下黄芩产生了次生代谢方面的变化,并且代谢产物的分配可能在根、茎、叶不同部位间存在权衡.使用红外二阶导数谱进化学成分的分析,能够进一步为红外光谱分析结果补充更多信息,特别是有关类黄酮及其与糖类等结合成苷类分子的信息.使用傅里叶变换红外光谱法可以在宏观上简便、快速地检测UV-B辐射对黄芩根、茎、叶不同部位化学成分的影响,可以作为化学成分进一步深入分析的先导方法.     

地表发射率的机载傅里叶变换红外光谱反演方法研究

介绍了利用机载傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪测量地球、大气辐射的实验过程,并对由光谱仪测得的辐射与地表光谱发射率、大气透过率等参数的关系进行了深入的分析,给出了理论表达式。提出了一种基于梯度搜索的优化方法,即由机载FTIR光谱仪测得的辐亮度光谱反演得到方差最小的光谱发射率最优解。反演结果表明,在中红外波段,沙地平均光谱发射率为0.70,裸土地表平均光谱发射率为0.95。     

基于碘化银固定相的薄层色谱-红外光谱联用研究

在分析复杂混合物方面原位薄层色谱-红外光谱联用有巨大潜力,二者联用能够相互取长补短,极大地提高对复杂混合物的解析能力。但因固定相自身的红外吸收能够对样品的检测造成干扰,使该方法进展缓慢。实验应用对中红外光透明的碘化银纳米微粒作为固定相制备薄层层析板,并对碘化银薄层板的层析效果及原位红外光谱检测的可行性进行了初步的研究。通过正交设计实验法优化反应条件,制备出粒径为100 nm左右的碘化银颗粒;应用沉降-挥发法制备薄层层析板,实验表明该薄层板具备分离混合物的能力,且原位红外光谱检测结果表明碘化银作为固定相不干扰样品检测。     

氢键诱导液晶的DSC和变温红外光谱研究

制备了两个分别基于4,4’-联吡啶(BPy)和丙基反式环己基苯甲酸(PCBA)以及BPy和丙基反式双环己基甲酸(PCCA)的氢键液晶复合物(PCBA-BPy和PCCA-BPy),结合使用偏光显微镜(POM),用差示扫描量热(DSC)和变温傅里叶变换红外光谱对它们的中间相性能和分子间氢键的热稳定性进行了表征。结果表明,这两个氢键复合物都具有由于分子间氢键作用而导致的近晶相,但它们中存在的氢键作用却不相同,在PCBA-BPy中,温度变化时,发生氢键结合的羰基的吸收峰的位置仅在发生晶型转变时有突变,而在PCCA-BPy中,温度变化时,其羰基的吸收峰的位置则基本不发生突变。另外,当温度高于它们的清亮点时,这两个氢键液晶复合物的分子间氢键都发生部分分解。     

富勒烯灰对聚乙二醇热分解和红外光谱的影响

采用热分析和原位升温红外光谱实验研究了富勒烯灰(FS)对聚乙二醇(PEG)的影响。热分析结果显示,FS使得PEG的起始热分解温度和最大失重速率处的温度都明显推后。红外光谱结果证实,FS和PEG之间并没有生成新的化学键,FS也没有改变PEG分解产物的组成。通过对PEG和PEG+10%FS的凝聚相和气相升温红外光谱的检测,发现FS对PEG的凝聚相红外光谱影响并不明显,但却使得PEG分解放出气相产物的温度显著升高,说明FS对PEG热分解的抑制作用主要是通过对PEG气相产物的吸附和脱附来进行的。少量FS的加入即可显著抑制PEG的分解,使PEG的分解趋向高温。     

应用SRCD和FTIR分析超高压处理对蘑菇多酚氧化酶二级结构的影响

应用同步辐射紫外真空圆二色光谱(SRCD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和荧光光谱研究了超高压(HHP)处理对蘑菇多酚氧化酶(PPO)二级结构和三级结构的影响。HHP处理使蘑菇PPO的α-螺旋含量明显减少,二级结构发生改变。通过SRCD光谱和FTIR光谱分析得出的未处理或HHP处理蘑菇PPO的二级结构含量均存在一定的差异,这种差异可能是由于测量温度、酶液浓度和分析方法等多种因素造成的。荧光光谱表明,HHP处理后,蘑菇PPO溶液荧光光谱的强度降低,最大发射峰发生了红移,表明HHP处理改变了蘑菇PPO分子的三级结构。     

Intensity-related dynamics of femtosecond frequency combs

We have performed systematic studies of intensity-related dynamics of the pulse repetition and carrier-envelope offset frequencies in mode-locked Ti:sapphire lasers. We compared the results far two laser systems that have different intracavity dispersion-compensation schemes. We found that the carrier-envelope phase noise and its dynamic response depend critically on the mode-locking conditions. An intensity-related shift of the laser spectrum was found to be instrumental in interpretations.     

Magnetic resonance sounding: Enhanced modeling of a phase shift

Magnetic resonance sounding (MRS) is a geophysical method for noninvasive groundwater investigation. A wire loop on the surface is energized by a pulse of oscillating current. After the pulse is cut off, the free induction decay signal from groundwater is measured with the same loop. The Larmor frequency depends on the Earth’s magnetic field and varies between 800 and 2800 Hz around the world. Available mathematical models assume that the geomagnetic field is constant and the pulse frequency is equal to the Larmor frequency. These assumptions allow calculation of the phase shift of the signal caused by only the electrical conductivity of the subsurface. However, the existing models are simplified. The Earth’s magnetic field may be locally modified by rocks and often is not homogeneous over the volume investigated by MRS. It may also vary in time. A nonconstant geomagnetic field is changing the Larmor frequency at 1 to 5 Hz during one sounding, whilst the pulse frequency is set in the beginning of the sounding. Under these conditions, the assumption of zero frequency offset between the pulse frequency and the Larmor frequency is often unsound. The nonzero frequency offset causes a phase shift in the MRS signal comparable with the shift caused by electrically conductive rocks. For increasing the accuracy of phase shift modeling, and enhanced mathematical model in which the frequency offset is taken into account has been developed. With the enhanced model, the phase of the MRS signal can be calculated with better accuracy. Field measurements reveal a good correlation between experimental and theoretical signals.