高分辨率傅里叶变换光谱技术在短波段光学中的应用及进展

讨论了傅里叶变换光谱技术向短波段光学扩展的必要性和主要技术难点,分别介绍了几种应用于紫外、真空紫外及软Ｘ射线波段的傅里叶变换光谱仪结构性能与原理,并进一步阐述了高分辨率傅里叶变换光谱仪在短波段光学中的应用     

真空紫外分波前傅里叶变换光谱技术进展

本文分析了真空紫外分波前傅里叶变换光谱技术原理、特点及其必要性,介绍了几种采用真空紫外分波前傅里叶变换光谱技术的光谱仪的代表性结构、性能和应用,探讨了国内真空紫外分波前傅里叶变换光谱技术的未来发展,为获得高分辨率真空紫外光谱提供了另一途径。     

紫外真空紫外傅里叶变换光谱仪

研制了新型的由分束耦合器、“猫眼”后向反射光学系统、稳频激光辅助采样系统和光电探测器等组成的紫外真空紫外傅里叶变换光谱仪 ,光谱测量范围为 170nm～ 6 0 0nm ,30 0nm处分辨率高于 1.5× 10 5。光谱仪结构紧凑 ,可精确探测紫外真空紫外波段物质的发射及吸收光谱 ,尤其适合与同步辐射源对接完成相关的光谱分析。     

紫外傅里叶变换光谱仪干涉图数据处理

阐述了干涉图数据处理方法 ,采用紫外傅里叶变换光谱仪实验测量了汞灯光谱干涉图。使用四阶Blackman Harris窗函数作为切趾函数 ,采用最小二乘法拟和多项式对光源傅里叶变换光谱进行相位校正 ,获得了高精度的Hg紫外发射光谱     

摆镜扫描傅里叶变换光谱仪光程差计算

摆镜扫描傅里叶变换光谱仪利用摆动扫描方式产生光程差,减小了因动镜倾斜带来的误差影响。从摆扫干涉光谱技术原理出发,对摆镜扫描傅里叶变换光谱仪的光程差进行理论分析,给出了光程差计算表达式,实验结果表明:该光谱仪光程差近似正比于摆动角度。分析了轴外光线因不同入射角所产生的附加光程差,为傅里叶变换光谱仪的指标确定和优化设计提供了理论依据。     

全景环形成像傅里叶变换光谱仪光学系统设计

提出了一种可以实现红外全景环形光谱成像的新型傅里叶变换成像光谱仪结构,该成像光谱仪以共焦双曲反射镜组作为全景环形集光器,利用Schwarzchild物镜进行准直,结合弹光调制干涉仪,成像透镜组以及HgCdTe红外焦平面阵列构成。介绍了全景环形成像傅里叶变换光谱仪基本工作原理及成像特性,讨论了双曲面反射全景环形集光器和Schwarzchild物镜准直器等各光学结构的设计方法,并给出了设计结果及优化方案。最后,采用Zemax光学设计软件对系统进行了光线追迹和优化,结果表明,成像光谱仪工作在8 ｍ~12 ｍ波段,有效焦距为-0.67 mm,侧向视场为40~80,F#0.9,像点弥散斑RMS半径为20.116 m,在一个像元直径内,MTF在16 lp/mm处均高于0.5,且各视场一致性较好,OPD像差在0.4范围内,成像质量良好。     

基于级联分数傅里叶变换系统的数字水印技术

提出一种基于分数傅里叶变换和随机相位编码的光学加密数字水印技术,可成为一种信息隐藏及保护的有效方案.该数字水印技术对于噪音叠加和常见的图像处理操作具有较强的稳健性.该技术根据光学级联分数傅里叶变换系统,利用两个随机相位分布函数对水印信息编码并经过迭代分数傅里叶变换嵌入到变换域的载体图像中.在水印检测和提取过程中,两个相位分布函数作为密钥.随机相位编码技术的引入,进一步提高了数字水印系统的密钥空间.增强了系统的安全性.该数字水印技术基于光学分数傅里叶变换原理,可以利用光学变换系统方便地实现.     

面阵傅里叶变换太阳光谱仪高速采集系统设计与实现

同时或准同时多谱线太阳成像观测可以获得太阳大气三维磁场和热力学参数,是未来太阳观测焦面终端设备的重点发展方向。傅里叶光谱仪具有宽波段、高灵敏度、高光谱分辨率的优势,但因受限于高帧频、大面阵探测器制约,尚未用于太阳光谱成像常规观测。随着CMOS图像传感器技术迅猛发展,在可见光和近红外波段,探测器面阵大小和帧频相比传统CCD探测器有了质的提升,使得面阵傅里叶太阳光谱仪研制成为可能。通过引入高帧频面阵CMOS图像传感器,针对面阵傅里叶变换太阳光谱仪科学需求,设计了一套高速数据采集软硬件系统,实现了面阵傅里叶太阳光谱仪10 kHz高速触发,万帧/秒快速采集,0.5 GB·s-1大数据量连续、实时存储等功能。在此基础上,依托国家天文台怀柔太阳观测基地现有的IFS-125HR傅里叶变换光谱仪, 搭建可见光实验系统,以可见光色球谱线（Hα 656.3 nm）及其附近光球谱线为目标波长,开展面源太阳光谱探测。分别以实验室钨灯和太阳为光源,进行等光程差间隔采样,成功获得了面阵干涉图,首次反演得到面源窄带连续谱以及656.3 nm附近太阳色球和光球线。采用交叉定标方式,将得到的太阳光谱与美国国立太阳天文台NSO傅里叶变换光谱仪获得的标准光谱在同等分辨率下进行比较,结果基本一致,验证了新研制的面阵傅里叶太阳光谱仪高速数据采集系统性能及面阵傅里叶变换太阳光谱仪在太阳观测中的可行性。该研究为后续可见光宽波段面阵傅里叶太阳光谱仪的研制奠定了技术基础,同时为“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”（AIMS）后续从线源扩展到面源观测积累了宝贵经验。     

光学分数傅里叶变换及其应用

介绍了分数傅里叶变换的定义及其性质,给出了分数傅里叶变换的光学实验结构,并对分数傅里叶变换在光学信息处理领域中的应用进行了综述。     

高分辨率傅里叶变换成像光谱仪光谱重建并行算法

高分辨率傅里叶变换成像光谱仪具有高空间分辨率和高光谱分辨率的特点,但光谱重建时间冗长。通过对傅里叶变换光谱重建流程分析,为研制的1024pixel(光谱维)×1024piexl(像宽)×1024piexl(像高)高分辨率紫外傅里叶变换成像光谱仪的数据立方体反演,设计了一种并行优化算法。实验表明,在6核处理器上对512M和2G的数据立方体进行变换,时间分别只需88.33s和489.75s,加速比分别为3.70和3.04,大幅度提高了运算效率。如将该算法应用到更多内核处理器上,可得到更高的加速比和更少的运算时间。     

高光通量短波红外静止干涉成像光谱仪研究

讨论高光通量静止干涉（傅里叶变换）成像光谱仪的基本原理及结构特点，建立了短波红外的高光通量静止傅里叶变换光谱仪的实验系统，给出了实验结果。     

规范光学分数傅里叶变换下的光学传递函数

基于规范光学分数傅里叶变换,从光学传递函数概念出发,根据菲涅耳衍射、夫琅和费衍射定义,应用线性系统理论,分别给出了菲涅耳与夫琅和费衍射系统在规范分数傅里叶变换下的光学传递函数数学表达式。证明了其具有分数傅里叶变换的级联性,指出常规傅里叶变换下的光学传递函数为分数传递函数的特例。所得结果对光学分数傅里叶变换在信息处理、像质评价等方面的应用具有实用价值。     

一种光谱分辨率可调的新型空间调制傅里叶变换光谱仪

调整光谱仪的光谱分辨率,可使光谱仪在满足不同目标测量需求的同时,减少数据采集、处理和存储的时间,提高仪器的整体性能。为克服传统傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率固定的缺点,提出了一种分辨率可调的空间调制傅里叶变换光谱仪。介绍了该新型光谱仪及其干涉仪的工作原理,利用光线追迹的方法推导了光程差和横向剪切量的计算公式,并分析了新型干涉仪的光程等效模型。在此基础上,分析了光谱分辨率的调节原理。结果表明,该光谱分辨率可调的新型空间调制傅里叶变换光谱仪克服了传统光谱仪分辨率固定、稳定性差等缺点,具有分辨率可调、高稳定性、结构灵活和易于装调等特点。该研究内容为分辨率可调的干涉光谱仪的设计提供了理论基础,扩展了傅里叶变换光谱仪的实用范围。     

傅里叶变换光谱学——引论和进展

本文阐述了傅里叶变换光谱学的基本原理和理论,评述了近年来这一领域中的若干重要进展。目前傅里叶变换光谱学方法已发展成为从亚亳米波到红外甚至近红外区域最重要最有力的光谱学手段,并广泛用于科学研究、工业检测、空间开发和环境监护等各方面。非对称傅里叶变换光谱学,双束傅里叶光谱方法,傅里叶变换数据处理,远红外和近红外波段的傅里叶光谱方法,以及傅里叶光谱方法和其他技术结合等方面仍在继续研究发展之中。     

傅里叶变换光谱学——引论和进展

本文阐述了傅里叶变换光谱学的基本原理和理论,评述了近年来这一领域中的若干重要进展。目前傅里叶变换光谱学方法已发展成为从亚亳米波到红外甚至近红外区域最重要最有力的光谱学手段,并广泛用于科学研究、工业检测、空间开发和环境监护等各方面。非对称傅里叶变换光谱学,双束傅里叶光谱方法,傅里叶变换数据处理,远红外和近红外波段的傅里叶光谱方法,以及傅里叶光谱方法和其他技术结合等方面仍在继续研究发展之中。     

紫外成像光谱仪干涉图零级漂移现象分析

零级漂移存在于时空联合调制型紫外傅里叶变换成像光谱仪干涉图中。对干涉结构中分束体光路的计算表明,分束体中的光学胶和棱镜在紫外波长范围内的折射率变化会导致零级漂移。但是棱镜装配错位会使零级漂移更为严重,导致有效干涉信息丢失及反演光谱曲线失真。数值仿真结果表明,提高分束体装配精度,可避免有效干涉信息的丢失。实际测量结果表明,含固有零级漂移的时空联合调制型干涉成像光谱仪的反演光谱曲线与高分辨率光谱仪测量数据一致。当分束体装配精度较高时,零级漂移不会影响成像光谱仪测量的准确性。     

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.     

利用迈克耳孙干涉仪测量滤光片特性参数

滤光片是一种能够从白光或其他复色光中分选出一定波长范围光的光学元件,其主要参数为中心波长和带宽.本文利用迈克耳孙干涉仪搭建了傅里叶变换光谱仪,测量了窄带滤光片的特性参数,并和传统的衍射光栅法进行了对比分析.使用迈克耳孙干涉仪搭建的傅里叶变换光谱仪获得光谱的过程无需已知光谱灯的校准,得到的窄带滤光片特性参数更为精确,且能够更加综合地锻炼学生的实验能力.     

傅里叶变换光谱仪中的主要技术环节

本文总结了在研制傅里叶交换光谱仪(FTS)或成象傅里叶变换光谱仪(IFTS)时应当考虑的主要技术环节,包括仪器函数、光谱分辨率、扩展光源、动镜运动误差、噪音等效功率、信噪比等,并给出相应计算公式.     

强度调制偏振光谱仪傅里叶变换解调原理研究

针对强度调制新型偏振光谱仪,研究了基于傅里叶变换法实现偏振光谱信息解调的可行性.结合强度调制偏振光谱仪实现偏振光谱信息调制的机理,给出了采用傅里叶变换法实现偏振光谱信息解调过程的完整数学推导,并对解调过程进行了计算机仿真模拟.模拟结果表明:基于傅里叶变换的解调方法可以高保真获取待测光辐射的偏振光谱信息,将该方法应用于强度调制偏振光谱仪偏振光谱信息的解调是可行的.