基于微机电系统红外光源的长光程气体检测

针对红外气体传感器对光源的要求,选用了一种宽波长、高调制频率、低功耗的小体积微机电系统(micro-electro-mechanic system, MEMS)红外光源作为辐射源,其各项性能均能很好的满足红外传感系统对于光源的要求。由于其面光源的朗伯辐射特性,整形之后的红外光数值孔径仍然很大,采用传统的长光程气室结构很难实现长光程从而提高系统的检测灵敏度。本文结合双波长单光路的差分检测方法,设计了一种基于积分球特性的吸收气室,有效地解决了MEMS红外光源在高灵敏度气体检测应用中难于实现长光程的问题;并运用光在传输过程中光通量守恒的原理,推导了此积分球吸收气室的等效光程,解决了积分球气室等效光程计算的难题;同时采用FPGA主控芯片对MEMS红外光源进行高频调制并处理探测器的输出信号,使得外围电路的设计更加简单、灵活。设计中,使用直径为5 cm的积分球吸收气室便可实现166.7 cm的等效光程,研究结果显示系统可测得的最小甲烷浓度达0.001×10-6,极大地提高了红外检测系统的灵敏度。     

斜入射引入动态多重散射机制的激光散斑抑制

散斑抑制一直是激光显示技术的研究热点。对激光光束经SiO₂溶液所形成散斑的特性分析,建立了多重散射与散斑颗粒大小的联系。结合动态光散射理论,提出利用斜入射引入动态多重散射机制的激光散斑抑制方法,并构建由静态散射片和装有粒径为300 nm、摩尔浓度为3.0×10-4 μm-3的SiO₂悬浮液的光通管组成的散斑抑制装置,将其置入激光显示系统的光源部分。针对光束以不同入射角进入SiO₂悬浮液对散斑图像对比度影响进行了系统实验分析。结果表明,光束以约8°进入SiO₂悬浮液能将散斑图像的对比度从0.43降低至0.067。通过该方法实现了散斑颗粒的空间平均和散斑图像的时间平均,提高了散斑抑制的效果。散斑抑制单元无需振动装置且便于集成到激光投影系统中,不仅提高了系统的可靠性也减小了成本。     

级联散射片引入多重散射机制的激光散斑抑制

散斑抑制是阻碍以激光为光源的显示技术发展的技术瓶颈。通过实验分析了散射片的发散角、级联散射片的数量和它们之间的间距对散射光束相关面积宽度的影响。在级联散射片和光通管构成的散射体的基础上,利用多重散射理论解释了级联散射片减弱激光相干性的现象。基于积分散斑的统计学理论,推导了CCD积分时间T内捕获的散斑图样的强度自协方差函数与散斑对比度之间的关系,并明确了级联散射片对运动散射片位移的影响,从而达到抑制散斑的目的。实验结果表明,将散射体与运动散射片相结合不仅提高了整体光能利用率,在检测器积分时间1/30s内还能将散斑对比度从0.753降低到0.069。