偏振型空间调制干涉成像光谱技术的研究

介绍一种基于偏振原理的空间调制干涉成像光谱技术 ,对这种干涉光谱仪干涉图样的形成及其处理技术进行了理论上的分析 ,为偏振型空间调制干涉成像光谱仪的研制提供理论依据。     

偏振干涉成像光谱技术研究进展

综述空间调制偏振干涉成像光谱技术及其研究进展。介绍了偏振分束器（双折射晶体）的分光机理和目前国内外有代表性的偏振型光谱仪及成像光谱仪方案及发展现状,并就其广泛应用作了论述。     

双Wollaston棱镜分光特性的研究

对双Wollaston棱镜中光波的传播特性进行了细致和深入的分析,给出了棱镜中生成的两束光光程差的具体表达式,为偏振型空间调制干涉光谱仪的设计和应用提供了理论依据.在不同切割角条件下,对光程差与入射角的关系进行了计算机模拟.模拟结果表明光程差和入射角的关系具有较好的线性,切割角越大的线性越好.但是切割角大,光容易从棱镜侧面逸出.选择必要的切割角、合适的入射点和恰当的入射角范围是设计双Wollaston棱镜型干涉光谱仪必须考虑的问题.     

采用Wollaston棱镜的空间调制干涉成像光谱仪

空间调制干涉成像光谱仪相对时间调制型干涉成像光谱仪具有稳定性强、实时性好、小型化、费用低等特点,Wollaston棱镜分光系统的参数设计直接关系到光谱仪性能的优劣,针对Wollaston棱镜分光原理展开分析和计算,给出不同材料Wollaston棱镜在不同结构角条件下分束角与波长的关系以及不同波长条件下入射角与棱镜厚度的关系,给出了选择和设计Wollaston分光棱镜的一些原则,为可应用于航天遥感的空间调制干涉成像光谱仪的设计及研制提供理论依据。     

静态成像光谱偏振仪

提出了一种基于幅度调制技术和空间调制干涉成像光谱技术的静态成像光谱偏振仪(SISP).利用由消色差1/4波片、多级相位延迟器和线偏振器组成的光谱偏振调制模块将入射光的斯托克斯分量信息调制到不同的波数上,利用干涉成像光谱仪单次曝光获得经光谱偏振调制的干涉图,不同的斯托克斯分量在干涉图上分离,再采用傅里叶变换从干涉图上解调...     

基于PSIM技术的偏振光谱仪测量数据处理方法

偏振光谱强度调制（PSIM）是一种先进的偏振光谱测量技术,测量数据处理是PSIM偏振光谱仪解析待测光偏振光谱信息的关键环节。论文从PSIM技术的调制、解调机理出发,结合相关数字信号处理理论,给出了从PSIM偏振光谱仪系统的测量数据中,解析待测光四个Stokes矢量元素谱的数学原理,建立了PSIM偏振光谱仪的测量数据处理流程。搭建了PSIM偏振光谱仪实验装置,分别对平行光管直接输出光信号及平行光管加透光轴水平方向偏振片后输出的光信号进行了测量实验。利用建立的PSIM偏振光谱仪测量数据处理流程,对实验装置的测量数据进行了偏振光谱信息解析处理,处理结果与理论分析结果间良好的一致性,验证了PSIM偏振光谱仪系统数据处理方法的正确性。     

空间外差光谱仪干涉图修正研究

空间外差光谱技术（Spatial heterodyne spectroscopy, SHS）是一种新型的光谱分析技术,本文基于空间外差光谱仪的基本原理和特点,研究了实际测量中干涉仪两光臂不平衡造成的畸变干涉图的修正方法,模拟计算了干涉仪两光臂不平衡时干涉图的强度变化,并对其进行了模拟修正,修正后的干涉图与理想的SHS干涉图一致性较好。修正方法主要是测量干涉图的非调制项（即未发生干涉时单个光臂的光强）,以及在干涉图数据处理中引入了一个修正因子。通过对干涉仪两臂不平衡的修正,可以有效地提高干涉图反演光谱的精度。     

基于光开关的单光谱仪频域偏振光学相干层析成像系统

提出一种基于光开关的单光谱仪频域偏振光学相干 层析成像(PSOCT)方法。在参考臂通过1×2路光开 关把参考光分成两路,并在其中一路光路中放置1/4波片(QWP),从而在参考臂构建出一对正 交的偏振光。 利用光开关进行参考臂正交偏振光不同通道的选择,水平和垂直偏振光轮流返回与样品光发 生干涉, 实现偏振干涉信息的分时探测,再通过探测到的两路偏振干涉信息计算得到测量样品的相位 延迟图以 及强度图。本文方法实现了偏振光学相干层析成像系统的单光谱仪探测,得到了离体鸡脚蹄 筋组织的强 度图以及相位延迟图,能够实现高速偏振成像。     

偏振干涉成像光谱仪中的格兰泰勒棱镜透射比

透射比是评价格兰泰勒棱镜性能优劣的一个重要指标,分析了偏振干涉成像光谱仪中重要偏光部件即格兰泰勒棱镜的分光机理,运用光线追迹方法,推导出了晶体光轴不平行时棱镜透射比精确理论计算公式;通过计算机模拟对其传输特性进行了详尽分析,得出了系统透射比随晶体光轴倾斜角和波长变化的关系曲线;给出了在满足系统透射比条件下格兰泰勒棱镜晶体光轴误差被限定的有效区间范围。这一结论为偏振干涉成像光谱仪的优化设计提供了理论指导和技术支持。     

关于分光技术的新设想

本文在对经典迈克尔逊傅里叶干涉光谱仪和静态无动镜双光源傅里叶干涉光谱仪分析讨论的基础上,提出了一种包含上述两种分光技术优点的我技术;静止时间调制傅里叶分光技术。     

摆臂式干涉仪光程差扫描模型及其仿真

为实现摆臂式干涉仪光程差（OPD ）随时间的线性变化,需要摆臂式干涉仪作变速摆动。为此,在分析摆臂式干涉仪光程扫描系统组成的基础上,对干涉仪的电气特性进行了研究,在saber软件中建立了摆臂式干涉仪光程差扫描模型。为验证模型的正确性,将PID算法应用到摆臂干涉仪模型仿真中,研究了干涉仪系统的单位阶跃响应,确定了摆臂式干涉仪PID控制算法的各项参数。仿真结果表明,该模型可用于模拟摆臂式干涉仪光程差扫描过程,能够为干涉仪扫描控制系统的设计提供参考。     

成象系统中的渥拉斯顿偏振器研究

本文研究了在渥拉斯顿偏振器的两单晶介质界面上的边界条件,并给出表述光强密度、透射系数与相对位移的表达式,它不仅有助于对渥拉斯顿偏振器的光学特性的深入了解,而且对设计高分辨率和高对比度的激光光学系统有较大的指导意义.     

采用短相干光源的动态斐索干涉仪

为了实现斐索型干涉仪的动态干涉测试,研究了一种采用短相干光源的动态斐索干涉仪。以中心波长为638 nm、带宽为0.1 nm的二极管泵浦固体激光器作为光源,与偏振延迟装置结合得到一对短相干正交线偏振光,通过调节光源模块中两支线偏振光的光程差来匹配斐索干涉腔的长度,从而获取一对光程差为0的相干光束。使用偏振相机采集得到四幅位相依次相差/2的移相干涉图,按照四步移相算法解算相位,恢复待测元件的表面面形。采用光强归一化算法有效地抑制了偏振态误差导致的移相干涉图光强不一致在最终恢复波面中引入的一倍频波纹误差。采用琼斯矢量和琼斯矩阵分析了干涉图对比度与s光和p光光强比值的关系,并分析了1/4波片方位角误差对最终恢复波面的影响。利用该装置和Zygo GPI XP型干涉仪测量了同一块光学平晶,其均方根值相差0.024,峰谷值相差0.026。     

保偏光纤模式耦合分析及其相干检测

当保偏光纤存在结构不均匀或者受到外部扰动时,将使其内部传输的一部分偏振光耦合到与其正交的偏振态上去。分析了保偏光纤内偏振光模式耦合的原理,给出了基于白光干涉法的偏振模式耦合检测方法,并用迈克尔逊干涉仪对保偏光纤的偏振模式耦合的耦合强度和耦合点发生的空间位置进行了测试。通过步进电机控制迈克尔逊干涉仪扫描臂的反射镜移动,改变干涉仪两臂之间的光程差,来补偿由于偏振耦合而形成的两偏振光从保偏光纤出射时的光程差,实现了对偏振耦合的测量。为提高检测系统的灵敏度,需提高输出信号的信噪比,对光源发出的光进行高频调制,通过频谱搬移和相干解调,有效地抑制了各种干扰和噪声,使输出信号的峰值信噪比提高了5.1 dB,耦合强度测试最小值也由-57.6 dB提高到-62.7 dB,增强了测试系统检测微弱偏振耦合的能力。     

光程差倍增的纳米级精度激光干涉仪

介绍了一种新型的纳米级精度位移测量激光干涉仪。提出了耦合差动干涉的新方法。通过对光程差进行倍增 ,提高了干涉仪的分辨率和稳定性。该干涉仪结构简洁紧凑 ,光路布局对称性好 ,不存在死光程 ,容易装调 ,符合阿贝原则和结构变形最小原则 ,在 10 mm (可以扩展至 50 mm )测量范围内 ,获得了λ/16 0 0的分辨率和纳米级的测量精度。     

大扫描范围光纤压电相位调制器设计

光纤傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率是由最大光程差决定的.设计了一种新型全光纤压电光纤拉伸器,实现了大扫描范围的全光纤压电相位调制,分析了设计中需要考虑的问题.用实验对自行研制的压电光纤拉伸器进行了测试,其光程扫描范围可以达到1.67 mm,增加绕接圈数可以进一步提高光程调制范围.这种光纤拉伸器可广泛用于干涉仪相位调制中.     

用多模半导体激光器实现动态定位的研究

提出了一种新的半导体激光定位技术。它利用多模半导体激光器的光谱分布引起的干涉条纹的强度分布来确定等光程差点。干涉仪体积小，信号处理简单，系统性能稳定，可以在大范围内捕捉零点。     

外差干涉仪混频误差分析

共光路外差干涉仪具有很高的分辨率．但因为安装、调试误差会产生非线性误差．影响系统的测量精度。着重分析了在共光路外差干涉仪中由激光光源的椭圆偏振化和沃拉斯顿棱镜的安装方位角误差同时存在的情况下，引起的频率混叠综合误差的大小及变化规律。结果发现其造成的非线性误差可达2．2nm，同时还发现两者造成的误差在某些情况下存在一定程度的相互抵消作用。讨论了提高测量系统精度的有效措施，对正确设计和调试激光外差测试系统、提高测量系统精度具有重要意义。