光电管和硅光电池的相对光谱响应特性测试方法的研究

论述了开展对光电管、硅光电池相对光谱响应特性测试方法研究的重要性；介绍了研制的测试仪器装置；并通过应用实例着重介绍了一种简单可行的测试方法；同时对有关问题进行了初步探讨。     

硅光电池在光电比色计中的应用

本文通过大量实验,修正了硅光电池的光谱响应特性,以直接取代581—G型光电比色计中的硒光电池。选用一组合适的滤光片与硅光电池配合,成功地制作了一台新的数显光电比色计。     

基于硅光电池的电荷放大器性能测试信号发生器

通过对电荷放大器的理论分析和硅光电池的特性测试,利用硅光电池具有与压电晶体传感器高内阻,小功率,电荷量输出相似的特性,提出了利用硅光电池组成用于测试电荷放大器性能的信号发生器,提高了测试电荷放大器频率响应特性的准确性.并将其应用于涡街流量计中进行实验,实验结果比对证明了该信号发生器的有效性和实用性.     

可见光光敏元件的光谱修正

为了使硅光电池的光谱曲线与人眼的视觉函数相近,必须对光电池的光谱曲线进行修正。本文叙述了使用单层色玻璃对硅光电池光谱曲线进行修正的方法。     

光照参数对硅光电池响应性能影响的研究

利用硅光电池作为可见光通信中的光电探测器件,基于载流子的运动模型,分析了不同波长光照射下硅光电池的驰豫特性,通过仿真计算,得到了硅光电池的响应速度与光照波长之间的关系,并通过实验进行了验证。结果表明,在入射光功率一定的情况下,随着入射光波长的增加,硅光电池的响应速度加快;在同等条件下,硅光电池对冷白光的响应速度低于红、黄、绿光。将电平比较电路作为硅光电池响应输出失真信号的改善电路,实验结果表明,该电路可有效改善硅光电池的输出失真。     

一种用于检测自然水体中微量物质含量的系统设计

本文介绍了一种能够对水中微量物质含量进行确检测的智能化系统。该系统以双波长分光光度法为测试的基本原理,以硅光电池为检测传感器,以单片机为检测核心,具备自动检测、数据处理、显示、存储、打印等功能,而且也具有对痕量物质的测定。测量精度符合国家所规定的检测要求。     

汽车车灯光通量测试系统的研制

介绍了一种用积分球、硅光电池作探测器件来测试车灯光通量性能的检测仪器。文中阐述了该系统的设计思想。仪器采用微机控制,自动完成数据采集、标准判别及打印测试结果。相对误差小于5%,完全满足国标对车灯性能测试的要求,投入使用以来,取得了良好的实用效果,是汽车行业理想的检测仪器。     

基于STM32的可见分光光度计设计

设计了一种基于STM32F103系列处理器为控制核心的可见分光光度计,实现了在可见光谱区域对样品物质进行定量分析,可以实时显示透射比、吸光度、溶液浓度、浓度因子。系统采用具有超低暗电流的硅光电池进行光电信号转换,电流信号经过由正负电源供电的精密运放芯片进行放大处理,然后由MCU进行A/D采样和数据处理,通过液晶屏显示透射比等参数。测量结果显示,该系统的测量结果非常精确,并且具有很好的重复性和响应速度。     

光电器件在原子频标光电检测环路中的应用研究

在被动型原子频标中,光电检测环路是连接物理系统与电子线路间的桥梁,它将物理系统的原子纠偏信号转换成伺服检测电路用信号,整个光电检测环路中主要噪声来源是光谱灯及光电池器件。作为整个物理系统核心光源的光谱灯,其工作参数的稳定与否直接影响原子频标的频率稳定度。而光电池在将光信号转换为电信号的过程中,其内部热噪声、散粒噪声、闪变噪声是决定整个转换过程好坏的关键。针对光谱灯及光电池特性,本文对诸如灯温、灯泡中气体比例,电磁兼容、腔温、调制深度、调制频率等环路参数作了具体的设置的工作,通过光强稳定性、鉴频曲线等实验测试结果选择最佳的参数值,原子频标的稳定度测量实验结果说明本文取得满意的成果。     

硅光电池在数控机床的光栅检测位移中的应用

本文根据硅光电池的结构和输出电压特性讨论了硅光电池在数控机床的光栅检测位移中的应用,实现数控机床高精度的加工控制和准停.     

多波长激发高分辨率微型拉曼光谱仪设计

针对不同激光波长激发测试样品所需拉曼光谱范围的差异性问题,同时为了保证拉曼光谱仪的小型化及高分辨率需求,提出一种以Czerny-Turner光路结构为基础的微型拉曼光谱仪,通过Zemax光学设计软件对光谱仪的准直镜、聚焦镜、柱面镜、光栅以及CCD的倾角及距离进行了优化。该仪器激光波长为633 nm,光谱范围为640～800 nm。进一步优化光栅旋转角度并配合聚焦镜,可使此光学系统同时适用于激光波长532 nm、光谱范围540～650 nm和激光波长785 nm、光谱范围790～1 000 nm两个波段。拉曼光谱仪分辨率为0.1 nm,该光谱仪在保证高分辨率的情况下解决了不同波段范围光学结构差异性大而导致光机设计很难整合在一起的问题。     

超光谱成像仪的精细光谱定标

为了精细标定棱镜色散超光谱成像仪1024×80光谱像元的中心波长和响应带宽,建立了一套光谱定标装置,提出了实现1nm光谱定标精度的定标方法。首先,介绍了产生谱线弯曲与谱线倾斜的原因,确定了精细光谱定标的方法和数据处理算法;然后,利用光谱定标装置测定了全部光谱响应像元的离散单色光响应值,利用高斯方程拟合了相对光谱响应曲线;最后,建立了中心波长矩阵表和带宽矩阵表,采用多项式拟合算法确定了空间视场像元的色散方程和光谱通道谱线弯曲方程,实验测定了温度变化谱线漂移结果。另外,还对光谱定标精度对辐射定标精度的影响进行了分析。光谱定标结果表明:超光谱成像仪的光谱定标精度达到了±1nm,各谱段带宽平均为8.75nm;色散方程及谱线弯曲与设计结果相符,谱线弯曲值为14～19nm,平均值为17nm;1nm的定标精度对辐射定标精度的影响分别小于1%(3000K黑体)和0.25%(6000K黑体),满足超光谱成像仪1nm光谱定标精度的要求。     

基于特征吸收波长板的色散型高光谱传感器光谱定标技术

高光谱传感器的光谱定标是实现高光谱遥感定量化的关键。为了克服传统的基于单色仪扫描的光谱定标方法存在的设备昂贵、耗时等缺点,实现色散型高光谱传感器在野外或飞行中的实时、高精度定标,提出了一种基于特征吸收波长板的色散型高光谱传感器系统级光谱定标方法。分别对特征吸收波长板和漫反射参照体反射信号进行了比对测量,通过优化计算得到了传感器通道的中心波长和带宽。该方法消除了待定标传感器的光谱响应和光源的光谱能量分布带来的影响,能快速准确地实现色散型高光谱传感器的波长定位。运用该技术实现了对野外光谱辐射计FieldSpec(UV/VNIR的光谱定标,并对影响光谱定标精确度的因素进行了分析计算,结果表明,该方法实现的波长准确度0.5 nm,可满足色散型高光谱传感器实时、高精度光谱定标的需要。     

传递辐射计光谱通道的优化设计

鉴于传递辐射计对成像光谱仪定标时其通道选择对成像光谱仪的定标精度具有重要影响,本文使用MATLAB语言编写评价函数,作为对3 000K黑体光谱曲线进行多光谱反演精度的评价标准,最后利用MATLAB遗传算法和模式搜索算法工具箱对评价函数寻找最小值解,即传递辐射计的最优通道选择,并根据评价函数对光谱通道数、中心波长偏移、带宽展宽和测量系统误差对光谱反演精度的影响进行分析。结果表明,为实现0.12%的光谱反演精度,要求传递辐射计中心波长的偏移量不超过0.2nm、带宽展宽不大于0.02nm,测量系统误差小于0.1%。本研究可以指导传递辐射计的设计,对提高地球成像光谱仪的定标精度具有重要意义。     

在线间歇式浊度仪的研究

根据浊度测量理论推导出液体浊度的散射光测量公式,选用波长>800nm的红外发光管和硅光电池作为光电变换元件,并采用间歇式静态测量方法设计了分析流程,消除了色度和气泡对测量的影响。     

医用显微成像光谱仪的光谱定标技术

为了能对自主研制的脑肿瘤手术医用显微成像光谱仪进行光谱定标,设计了由单色仪、钨灯光源、棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪及手术显微平台组成的光谱定标系统。采用单色仪波长扫描法,自主开发了相应的光谱定标系统软件,获得了显微成像光谱仪全谱段的光谱数据,完成了数据处理和分析等工作。通过调整光路、单色仪定标、成像光谱仪定标3个步骤实现了系统的光谱定标。定标结果表明:显微成像光谱仪的光谱区大于400~900nm;定标精度高于0.1nm,光谱分辨率高于3nm,各项特征指标均高于设计指标。测试验证实验表明,所建立的光谱定标系统定标精准,结构简单、紧凑,操作简单,符合显微成像光谱仪的实际临床应用要求。     

中阶梯光栅光谱仪的光学设计

为了在更宽波段范围内获得较高的分辨率,实现全谱直读,对中阶梯光栅光谱仪进行了研究。简述了中阶梯光栅及中阶梯光栅光谱仪的基本原理,分析并比较了这种光谱仪与普通平面闪耀光栅光谱仪的区别。利用光学成像原理与消像差理论设计了Czerney-Turner结构形式的中型高分辨率中阶梯光栅光谱仪原理样机的光学系统。该光学系统工作在原子谱线最为密集的200～500nm波长处;为简化计算,在设计中消除了350nm波长的所有像差;光线对中阶梯光栅在准Littrow条件下入射,以获得高衍射效率;使用折反射棱镜作为交叉色散元件来分离重叠的级次,在CCD探测器上获得了二维光谱面。该光学系统有较好的平场特性及点对点成像能力,在整个工作波长分辨率可达到2000～15000,满足设计要求。该仪器可用于原子发射和吸收光谱的研究工作,通过替换不同的探测器及增加外围电路与软件平台,仪器的工作性能可进一步提高。     

一种改进型非交叉非对称 C-T 结构近红外 微型光谱仪设计

针对基于固定光栅和阵列探测器的常规微型近红外光谱仪成本高、光谱范围窄等问题,提出了一种基于集成扫描光栅微镜的双探测器微型近红外光谱仪。该系统采用自制的集成扫描光栅微镜作为核心分光部件,可同时实现扫描与分光功能,光学系统设计利用两个聚焦镜和两个InGaAs单管探测器的空间布局避免不同光路之间的相互干扰,可实现双通道同时、独立工作,此外双通道探测器前内置不同截止波长的带通滤色片消除光谱重叠。采用光线追迹法建立了理论模型计算光学系统的初始结构参数;利用ZEMAX完成了光学系统的优化设计并给出优化结构参数。测试结果表明,该仪器工作波长范围:800～2 532 nm,分辨率:小于12 nm(800～1 600 nm)、小于17 nm(1 600～2 532 nm),整体尺寸:145 mm×135 mm×75 mm,具有宽光谱、小体积、低成本等优势。     

小型的高精度软X射线-极紫外反射率计

针对探月二期工程中的有效载荷之一极紫外相机中的多层膜光学元件高精度反射率测量的需要,建立了一台使用液体靶激光等离子体光源的小型软X射线-极紫外波段反射率计。该反射率计主要由激光等离子体光源、Mcpherson 247动狭缝掠入射单色仪及相关的数据采集系统组成。单色仪波段范围1-125nm,光谱分辨率小于0.08nm。无碎屑的液体靶激光等离子体光源的使用避免了光学元件的损坏,而动狭缝掠入射单色仪的使用则提高了光谱分辨率和波段范围。使用该反射率计实测了工作波长为13.5nm和30.4nm的Mo/Si多层膜的反射率,测量结果表明测量重复性优于±0.5%。