可实现零光程差的红外静态斜楔干涉具研究

针对现有的静态斜楔干涉具无法实现零光程差, 进而影响光谱反演的准确性和复杂性。文中提出一种可以实现零光程差的斜楔干涉具, 通过对传统斜楔倾斜面的改进, 使其可以实现被测光包含零光程差的干涉信号, 理论推导了该斜楔不同位置的光程差公式, 并推导得出对应的光谱反演公式;采用硒化锌(ZnSe)材料设计了该斜楔, 对其干涉信号、光程差和光谱反演进行了仿真研究, 并采用10.64 m激光器对其进行实验分析, 实验结果显示该斜楔干涉信号清晰, 光程差可以实现1 450 m, 反演光谱的误差为0.1%。     

双等效斜楔型静态傅里叶变换干涉具

为了在传统静态傅里叶变换干涉具原有尺寸的条件下提高光谱分辨率,通过双等效斜楔的设计来增加干涉具的有效光程差.在推导分析了传统静态傅里叶变换干涉具和双等效斜楔型静态傅里叶变换干涉具光程差函数的基础上,进一步推导出了切除干涉具边缘畸变干涉条纹长度的计算公式.经仿真计算得知,双等效斜楔型静态傅里叶变换干涉具光程差的理论最大值...     

大摆角摆臂式干涉仪非线性干涉信号光谱反演

为快速实现大摆角摆臂式干涉仪非线性干涉信号的光谱反演,通过分析大摆角摆臂式干涉仪的工作过程和干涉信号的非线性对光谱反演的影响,提出了基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)的光谱反演方法。该方法先利用核函数和卷积算法让非线性干涉信号线性化,然后对线性化的干涉信号进行快速傅立叶变换实现光谱反演。实验将光程差替换法和NUFFT算法分别应用于非线性干涉信号的光谱反演。结果表明:两者光谱反演精度相近,但NUFFT算法速度更高。     

白光干涉零光程差位置的五步测量法

给出了采用5步法测量白光干涉中零光程差位置的理论推导。提出在测量中以双光束干涉条纹间距的1／4大小作为干涉光强空间采样间隔；以被测点附近5点测量数据作为一组基本数据来确定干涉条纹的局部调制度；采用重心法确定干涉条纹调制度的最大值位置，并以此作为零光程差位置。对不同干涉光强分布公式生成的模拟测量数据进行了理论分析；对光电测量系统中的机械精度与光电测量精度对测量结果的影响进行了定量计算。通过计算得到，本方法的最大零光程位置测量误差不超过1／4干涉光中心波长。     

弹光调制器的频率漂移特性及其傅里叶变换光谱的稳定性研究

弹光调制器作为高Q值的谐振器件,在高压谐振下,其谐振频率将随着自身温度升高漂移,影响了弹光调制干涉仪的稳定性和重建光谱的准确性。在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于频率跟踪和幅值调节的弹光调制器双闭环自适应驱动控制方法。在该方法中,采用数字锁相技术的频率自扫描方法实现驱动频率对弹光调制器谐振频率的跟踪;基于检测参考激光干涉图的最大光程差的变化调节驱动信号的幅值,以实现重建光谱的稳定控制,同时基于参考激光的最大光程差参数实现重建光谱的定标。在实验中该驱动控制方法应用到弹光调制傅里叶变换光谱仪中,实现了驱动频率对弹光调制器谐振频率的实时跟踪和高压功放电路的幅值调节,使得干涉图的最大光程差稳定在0.236 nm左右,其精密度为3.3%;重建光谱的最大相对误差为2.5%。此实验验证了该方法能有效稳定弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率。     

弹光调制非线性光程差干涉信号的快速反演

为了提高弹光调制中非线性光程差干涉信号的光谱反演效率,采用非均匀快速傅里叶变换算法对弹光调制相位非均匀采样干涉信号反演光谱进行了仿真,得到1024点反演速率较直接计算提高20倍,平均误差达到0.87%的结果。结果表明,该算法可实现弹光调制干涉信号的快速、高精度反演,给硬件实现弹光调制反演光谱提供了一定的参考依据。     

基于FPGA的静态傅里叶变换光谱探测系统研究

为克服傅里叶变换光谱仪的机械扫描和光谱复原中软件处理实时性差的缺点,研究了一种基于FPGA的静态傅里叶变换光谱探测系统。根据傅里叶变换光谱理论,确立了选用等效斜楔干涉具和线阵COMS的方案,使用FPGA来实现,并详细介绍了系统工作原理。利用硬件描述语言VerilogHDL,在Vitex pro-2FPGA芯片上,实现了探测系统CMOS驱动电路、光谱复原处理电路等逻辑设计,并通过第三方仿真软件Modelsim6.3f完成了各模块的功能仿真。应用该实验系统对波长为635nm的半导体激光器进行了光谱探测,测试结果与MATLAB仿真计算值一致。实验结果表明该光谱探测系统具有运算速度快、实时性和可靠性好等优点。     

一种基于固定光程差干涉信号的光学相干层析成像光谱标定方法

提出了一种基于固定光程差干涉信号的光谱标定方法。在频域光学相干层析成像(OCT)系统中引入一个光程差为固定值的干涉信号,则每次采集的信号同时包含该固定光程差的干涉信号和样品的干涉信号,通过滤波的方式将该固定光程差的信号分离出来,再利用其相位实现对系统样品干涉信号的光谱标定。理论分析了该方法的可行性。在100kHz扫频光源OCT系统中,用反射镜作为样品在不同深度位置进行了光谱标定实验,获得了不同深度位置的点扩展函数和轴向分辨率,与利用光源clock触发采集的波数等间隔干涉信号处理结果对比,该方法具有更好的有效性。     

基于FPGA的高速光谱采集与处理系统

为了实现光谱数据的高速采集与实时处理,研究了一种基于FPGA (Field-Programmable Gate Array)的高速光谱数据采集与分析系统.系统由光学模块和处理模块组成,光学部分由准直透镜、静态干涉具、CMOS探测器组成;处理模块由FPGA硬件编程实现.通过对所采集的干涉条纹进行切趾处理、FFT(fast Fourier transform)及光谱标定,并根据干涉具参数给出了光谱分辨率的函数关系,从而实现了对被测光谱的复现.采用了Moswlaim6.3f对处理模块进行了仿真分析,并计算了不同切趾方法对反演光谱的影响,验证了FFT时序逻辑关系符合设计要求.实验中搭建了光学模块和处理模块,完成了对660.0 nm激光的光谱分析.实验结果显示,该系统具有高速光谱数据采集与复现的能力,适用于高速光谱数据处理系统.     

基于静态固体斜楔干涉的红外探测技术

针对现有傅里叶变换红外光谱遥测技术响应速度慢、灵敏度低、抗震性差等缺点,提出一种基于静态固体斜楔干涉具为核心的傅里叶变换红外光谱遥测技术。选用UL04371-042型非制冷红外焦平面阵列探测器(UIRFPA)作为干涉信号探测的核心部件。在分析静态固体斜楔干涉具基础理论及探测器性能的基础上设计了驱动电路,FPGA作为时序控制的主体,在Xilinx ISE 12.4的开发环境中,利用Verilog硬件描述语言编程,对探测器的工作时序进行了设计输入和仿真验证。使得干涉信号通过高速AD采集,FPGA外扩的SRAM缓存,最后通过USB传送到上位机LABVIEW进行数据处理及成像。通过仿真和实验验证其可行性,实现了红外波段的静态固体斜楔干涉信号光谱成像,为进一步研究干涉型成像光谱仪成像技术提供前期准备。     

Effect of electron beam evaporation process parameters on infrared refractive index of Ge film

Ge films were prepared at different deposition temperatures and ion source bias voltage using the electron beam evaporation. The infrared refractive index was obtained by spectral inversion. Results show that the refractive index becomes larger as the deposition temperature increases. The maximum refractive index at the wavelength of 4 000 nm is 4.274 with the deposition temperatures of 210 °C. The refractive index of film decreases first and then increases as the bias voltage increases. When the ion source bias voltage is 120 V, the refractive index of the film is the smallest. The difference in extinction coefficient of Ge films prepared by different process parameters is small.     

飞秒激光脉冲序列互相关的数值模型与分析

为研究飞秒激光超短脉冲序列在空气中传输的时间相干特性,根据飞秒脉冲序列的传播理论和空气折射率Ciddor公式,建立了飞秒激光脉冲序列间脉冲在空气中传播的互相关数值模型。根据该模型可以得到不同光谱分布、不同光程差和不同大气条件下的飞秒脉冲序列间脉冲的互相关图形。数值模拟结果表明随着脉冲间光程差的增大,由于色散的原因,互相关图形加宽和啁啾,并且峰能量减小;然而当光程差不变,仅改变大气条件时,互相关图形仅仅作线性移动,没有任何额外线性加宽或啁啾。飞秒光学频率梳具有非常高的时间相干性,并且飞秒脉冲间的互相关图形只取决于激光器光源的光谱分布。     

傅里叶变换红外光谱信息处理中的波数校正

折射式扫描干涉仪与传统干涉仪相比具有高稳定性和高光通量等优点,但其光程的改变是由补偿光楔的运动产生的,其结构也导致了不同波长的光经过的光程不同,从而导致了由干涉图变换出来的光谱在波数上有偏差.采用的波数校正方法很好的解决了这一问题,并具有很高的精度.     

Measurement of Refractive Index of Liquid-state Alloy SCN-Eth by Laser Interference

The method to measure the refractive index of the liquid-state metal is introduced.By inserting a wedge sample cell to the optical path of the Michelson interferometer, the refractive index of the liquid-state alloy SCN-Eth is measured at different temperatures and densities.The results show that this method can be applied to measure the refractive index of various liquids, especially at different temperatures.     

两种透明介质微小折射率差高精度测量的新方法

对现有折射率的测量技术进行分析,提出了一种测量两种透明介质间微小折射率差的新方法。首先,介绍了微小折射率差干涉测量方法的原理,并对该测量原理利用Zemax光学仿真软件进行了理论模拟论证。该实验中首先,采用热键合技术制备包含两种被测量材料的组合平板;其次,利用干涉测量仪及外光路测量样件界面区域不同入射角下的光程差;再者,利用几何光学中的折射定律,推导折射率分布与干涉光程差的关系式。最后,通过二次曲线拟合获得正入射时的光程差微小变化值、换算得到样件两种材料的折射率差值。实验测量了1 at.% Yb3+::YAG晶体与YAG晶体的热键合样品的折射率差,测量值为5.4110-5,测量系统精度10-7量级。结果表明:该测量方法原理简单、操作简便,测量精度高。     

负折射率及零折射率光纤的光学特性

研究了芯层折射率为正,包层折射率为负的光纤导模光学特性,通过色散曲线分析比较了与常规光纤的不同,表现为低阶的简并的模式更少,单模存在的区域更多。进而分析了当包层折射率趋于零时的光学特性,发现与前两种光纤的光学特性都不同。分析发现当包层的介电常数和磁导率有一个为零时,在较小的区域各自出现了一条单模,与常规光纤的HE11模特性有很大不同,其色散曲线偏离方式与常规光纤相反,且出现了无模式存在的区域。     

光纤F-P传感器偏振互相关解调中光楔参数的影响研究

对光纤法布里-珀罗(F-P)腔长偏振互相关解调法中的双折射光楔进行了理论和实验研究,建立了双折射光楔对干涉光程差影响的数学模型,并进行了数值仿真。仿真结果表明,当楔角为4°时,要保证楔面内任意点处的光程误差在15nm以内,入射角应小于0.3°,光楔光轴倾斜应小于0.8°,楔面垂直度误差应小于0.15°。采用光楔进行了偏振光干涉实验,实验干涉条纹与理论条纹基本一致,实验干涉条纹的倾斜度与理论倾斜度相差0.02°。     

用低相干光干涉法鉴别白酒品质

提出一种基于低相干光干涉技术鉴别不同茅台白 酒的方法。实验采用宽带低相干LD光源和迈 克尔逊干涉仪光路。将待测样品酒放入测量臂光路中,测量臂的光程会发生变化。当来自测 量臂与参考臂 的两束低相干光的光程接近相等时,会出现干涉条纹。利用光电探测器(PD)得到干涉信号 ,可求出相应的光 程变化量,进而得到待测样品酒的折射率。实验所用样本为贵州茅台镇所产酱香型 53度白酒,得 到茅台飞天酒、茅台迎宾酒、茅台镇酒1、茅台镇酒2、茅台镇酒3和茅台镇酒4的折射率分 别为1.356、1.355、1.356、1. 355、1.354和1.354。实验结果表明,运用本文方法能 够很容易地鉴别传统“茅台酒”和茅台镇其他酒厂生产的白酒,也能区分同一厂家生产白酒 的质量优劣。     

像差计算的可视化应用软件开发

为了方便快速地计算像差,采用MATLAB中GUI工具,从球面光路计算的向量公式出发,得到了一计算像差的程序界面,在程序界面输入各个相关参量,点击界面上各种像差菜单就能得到不同视场角在光瞳上不同入射点的各种像差,并可以计算系统的焦距和理想像面的像距以及给出像面的模糊程度(同一物点发出的不同方向光线的聚焦程度的具体数值。结果表明,该软件程序语言简单,程序语句大大减少,占用机时少,运行结果正确。程序通过编译后可以脱离MATLAB运行环境独立运行。