光纤傅里叶变换光谱仪采样系统

提出了一种用于连续扫描光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)的干涉图采样系统,将激光干涉信号用Hilbert变换产生正交信号,由于相位反转点的存在,导致Hilbert变换产生的信号出现畸变,对变换结果进行了修正。该信号和原信号成为两个互相正交信号,利用这两个信号整形后的相位关系可得到光程扫描的起始点和光程扫描的方向。根据光程扫描的起始点和方向选择可上升沿部分的参考光和测试光干涉信号,用改进的Brault算法重新得到等光程间隔抽样的干涉图。该设计方法可以用DSP 技术实现简单、紧凑型的采样系统,不仅可提高FFTS的信噪比,还可以推广到传统的傅里叶光谱仪中。     

基于LabVIEW的光纤傅里叶变换光谱仪数据处理技术

为了提高编程效率与增强光谱仪数据分析处理能力,结合LabVIEW软件在信号处理方面的优势,利用虚拟仪器技术实现了光纤傅里叶变换光谱仪干涉图处理与光谱复原。采用均匀抽样算法,利用由光纤Mach-Zehnder干涉仪输出的参考光干涉图过零点取样,实现对测试光干涉图的等光程间隔采样,消除了由压电陶瓷非线性光程调制引起的误差。采用求摸法复原出光谱图,自动消除了相位误差。利用LabVIEW软件完成了对宽带ASE光源的干涉图数据采集、显示与处理并最终得到光谱图。结果表明,与光栅光谱仪测得的光谱相比,光谱线型趋于一致。     

傅里叶变换红外光谱仪动镜倾斜误差分析

通过建立傅里叶变换光谱仪中动镜、定镜和干涉面的坐标对应关系,对动镜存在多个方向倾斜时的干涉光路进行了详细的分析。建立了非准直状态下干涉面光强分布的二维数学模型,确立了干涉图函数的数学表达式,从调制度、相位误差和频率噪声的角度,对动镜倾斜造成的影响进行了系统分析。在动镜的运动中,左右方向的倾斜和俯仰方向的倾斜对系统的影响彼此具有独立性,又具有叠加性;干涉图中初相位因子随光程差改变缓慢变化或快速变化,对相位误差的影响也不全相同。在倾斜误差分析的基础上,对动镜的最大倾斜角度和减少误差的方法进行讨论,并提出了两种动态准直校正的思路。     

基于定镜动态准直的傅里叶变换拉曼光谱仪

本文介绍了一种基于定镜动态准直的傅里叶变换拉曼光谱仪。光谱仪采用了迈克尔逊干涉仪将拉曼光信号调制成干涉信号,通过计算机对干涉信号做快速傅里叶变换(FFT)得到拉曼光谱。为了克服干涉仪中动镜和定镜两面平面反射镜之间在运动过程中产生倾斜和振动,导致拉曼光谱调制度和信噪比降低,设计中采用了通过控制三个磁力线圈的磁场力的方式动态调整定镜的姿态实现动态准直。采用单晶硅材料作为样品对仪器性能进行测试,实验结果表明,该拉曼光谱仪的分辨率达到2 cm-1,测试硫的光谱和三氧化二锑的光谱的信噪比优于100:1。该仪器的设计和研发为我国未来同类仪器的创新发展做出有益探索。     

柔性铰链支撑式动镜的误差分析

柔性铰链支撑式动镜系统广泛应用于便携式、工程在线测量的傅里叶变换红外光谱仪中。而在运动过程中,柔性铰链与动镜的微弱形变会给动镜引入不同程度的误差。通过建立数学模型,并结合调制度与初相位来分析系统存在的误差。结果表明:动镜的动态垂直度误差会严重影响信号干涉的质量,动镜行程、速度是其影响因素。可通过设计上的优化来减小其影响,对动镜的制作有借鉴意义。     

快照式光谱光场成像技术

针对快照式多维成像系统难以实现高维成像的问题,本文提出了一种快照式光谱光场成像方法,使用单个探测器实现了对目标场景光谱光场信息的快速获取.该方法将聚焦光场成像结构引入到快照式超光谱成像傅里叶变换光谱仪中,首先获取混叠了目标场景光场信息和干涉信息的原始图像,然后使用基于卷积神经网络的信息重建算法,将光场信息和干涉信息从原...     

分数阶傅里叶变换光纤白光干涉测量术

<正>项目负责人:江毅(E-mail:bitjy@bit.edu.cn)依托单位:北京理工大学项目批准号:510750371.项目简介光纤白光干涉测量术能够绝对测量干涉仪的光程差,广泛应用于距离、位移、压力、应变、折射率等物理量的测量。在申请人提出的光纤傅里叶变换白光干涉测量术基础上,本申请提出一种应用分数阶傅里叶变换的光谱域光纤白光干涉测量术。由于白光光谱不是一个理想的正弦曲线,而是随波长有一个啁啾,在高精度测量时,用普通的傅里叶分析法会引入一个     

飞秒激光频域干涉测距相位信号分析与处理

针对飞秒激光测距频谱干涉条纹信号,分析了被测距离精度对于相位信息采集与处理要求,详细介绍了光谱分辨干涉测距的数据处理过程。根据测距信号干涉谱的数学关系,推导了被测距离求解公式。采用快速傅里叶变换和坐标旋转数字计算法进行光谱分辨干涉信号处理,经过时域信号的傅里叶变换、信号相位解包裹、加窗函数时域信号滤波等环节,分别对飞秒激光测距频谱干涉条纹信号中每个频率的相位值进行处理和变换。系统仿真中,离散频谱分析的幅值最大误差从36.3%降低到15.1%。经过比对实验,该法能实现飞秒激光测距信号有效处理。     

相位检测法定镜自适应校正技术

为保持傅里叶变换光谱仪在动镜运动和外界震动等恶劣条件下动镜和定镜间的准直性,采用了相位检测法检测准直性误差的定镜自适应校正技术。介绍了相位检测法的基本原理和实现自适应校正的途径以及自适应校正系统的基本结构。采用高速压电倾斜镜作为驱动补偿元件,分析了相位检测精度对校正精度的影响。实验结果表明,采用自适应校正后系统干涉效率明显提高。     

红外磁光光谱实验原理和技术（续二）

第三章博里叶变换红外光谱仪3．1工作原理傅里叶变换光谱仪与传统的色散型光谱仪不同，它不用棱镜、光栅分光，而是用麦克尔逊干涉仪或其它干涉仪首先将待研究的光谱变成干涉图，通过干涉图的测量，并利用干涉图与光谱图问的对应关系作干涉图的博里叶积分变换，得到光谱图，也就是说．这里包括了对测量光作频率调制和进行解调两个过程。假定一单色准直光束振幅为a，波数为U，投射到麦克尔逊于涉仪分来片上，分裂为反射及透射两束．分别经固定镜及可移动镇反射，再经分束片透射及反射，结果就形成了两束相干光，一束返向光源，另一束到达探…     

基于Hermite插值的复杂光学曲面车削加工路径规划

为解决复杂光学曲面加工难题,探讨其车削加工路径规划。基于慢刀伺服加工技术对复杂光学曲面的刀位点规划进行设计,分析刀触点等角度离散方案及刀具圆弧半径补偿方案。轨迹插补采用可编程多轴控制器(Programmable multi-axiscontroller,PMAC)提供的位置、速度、时间(Position velocity time,PVT)插补运动模式,分析PVT的数学实质Hermite分段插值模型,并根据此模型提出恒速法、面积法和三点法三种PVT入口参数生成算法。以离轴抛物面、环曲面、正弦面为例进行仿真,加工路径的仿真表明刀位点的设计可以应用于复杂光学曲面加工。同时z轴运动特性的分析表明z轴往复频率和C轴回转频率相仿时,面积法(c=2/3)和三点法均能满足z轴速度光顺要求;z轴往复频率明显大于主轴频率时,采用三点法的加速度变化明显优于面积法。提出的加工路径方法可为复杂光学曲面的实际加工提供指导意义。     

软X射线傅里叶变换光谱仪原理及结构特性研究

软X射线傅里叶变换光谱仪是傅里叶变换光谱学最前沿的研究领域。本文采用夫琅和费衍射理论分析了新型Mach—Zehnder分波前式软X射线傅里叶变换光谱仪的工作原理,探讨了探测器接收狭缝宽度的确立条件,得出光程差反演公式,指出谱仪研制的关键环节及难点。     

基于全相位谱分析的傅里叶望远镜外场实验数据处理

为了提高傅里叶望远镜(FT)的成像质量,实现对运动目标的高分辨率成像,研究了能抑制由声光移频器移频误差、光学器件偏差及信号采样截断等产生的频谱泄漏且能实时计算信号频率的数据处理方法。首先,采用全相位预处理技术对外场静态目标的采样信号进行处理;通过搜索算法得到每束干涉光的整点频率最大值。然后,基于apFFT谱分析时移相位差校正法计算每束干涉光的真实频率。最后,对非整点频率解调,采用5点最小二乘拟合方法,得到目标的傅里叶分量信息。实验结果表明:与传统方法相比,本文提出的数据处理方法得到的重构图像的斯托里尔比(Strehl)相应提高了3%。另外,本文方法对频谱泄漏的抑制能力更强;对静态目标实验数据进行处理后,重构图像质量有一定的提升;该方法也为运动目标的成像数据处理提供了参考。     

Mallat算法的光学实现方法

现有的光学小波变换方法均基于连续小波变换,基于离散信号的小波变换算法（Mallat算法）的光学小波变换还没有出现,这阻碍了光学小波变换应用的发展。针对这一问题,分析利用光学4f系统实现Mallat算法的基本原理,提出Mallat算法的光学实现方法。针对空间光调制器只能实现非负的实函数,且CCD只能记录光的强度,给出一种应用于光学4f系统的光学小波滤波器的设计方法。使用该种光学小波滤波器,利用光学4f系统实现Mallat算法的小波分解部分,并通过数值计算实现Mallat算法的小波重构部分。仿真分析和光学实验结果验证了方法的正确性。     

基于采样逼近的准同步改进算法研究

准同步算法在和离散傅里叶变换结合求取周期信号的幅值和相位时,由于被测信号频率未知或仅知道被测信号的频率变化范围,在求解傅里叶系数时只能将采样频率作为被测信号频率带入造成傅里叶系数计算产生理论近似,尤其是在求解各次谐波初相角时频偏越大,求解相位误差相应增大。本文首先基于准同步测频差原理求出被测信号的实际频率,重新选取采样点使其逼近整周期采样点数,再将计算频率代入傅立叶变换中的基函数频率,最后迭代求取傅里叶系数。计算结果表明这种基于频率代入并采样逼近的改进准同步算法可以极大地提高准同步谐波算法的准确度。     

水下声信号的激光干涉测量

为准确测量水下目标的发声频率,在光学暗室下建立了基于激光干涉法探测水下目标的实验系统。当水下声源引起水表面波动时,用激光照射水面,携带声波信息的水面散射光与参考光干涉,利用精密光学测量装置探测光程差的改变,通过数据采集和处理系统从干涉信号的频谱分析图中解调出水下声信号的频率信息。干涉信号的频谱分析图中存在以水下声信号频率为中心的频带,频带宽度与自然水表面波引起的多普勒频移有关。实验结果表明,水下发声目标引起水表面波动的振幅在纳米级,系统可以实时探测出4～15kHz的水下声信号,且测量标准偏差7Hz。该系统可满足水下目标识别技术的实时性、准确性等要求。     

基于数字微镜器件的中阶梯光栅光谱仪的光学系统设计

研究了一种基于数字微镜器件(DMD)具有新型光路结构的中阶梯光栅光谱仪,并采用新的谱图信息接收方式来降低其使用成本和数据处理过程的复杂程度。将具有单波长选通功能的DMD与一维探测器光电倍增管(PMT)相结合接收中阶梯光栅光谱仪的光谱信息,在降低仪器成本的同时将中阶梯光栅光谱仪谱图还原算法与DMD扫描驱动算法相整合,提高了算法效率。由于DMD的填充因子比CCD稍低,该类光谱仪对成像质量和能量集中度提出了更高的要求。本文根据DMD型中阶梯光栅光谱仪特点,在有限的可挑选的光学材料下,采用多重优化的方式合理设计了中阶梯光栅光谱仪准直镜、中阶梯光栅、棱镜、聚焦镜等各个光学元件的光路结构参数,并且在Czerny-Turner结构中加入校正透镜和场镜,校正了系统所有像差,提高了整个光学系统的成像质量和光谱分辨率。最终设计的光谱仪系统分辨率达0.01nm,单个微反射镜内的光斑能量聚集度达到70%。     

光栅成像光谱仪图像畸变校准方法研究

成像光谱仪是一种"图谱合一"的光学遥感仪器。光栅型成像光谱仪由于原理简单,性能稳定,技术发展成熟等优点得到了广泛的应用。光栅成像光谱仪中不同采样步长的选择及不合理的拼接方法会导致目标图像(分划板图像)的畸变,会使原来分划板图像中的正方形发生不同程度拉伸或者压缩成为矩形。现采用He-Ne激光器确定成像光谱仪的通带宽度,并利用低压汞灯进行波长定标,确定特定波长所对应的像元数,通过基于区域和小波变换的拼接方法完成目标图像,从而对目标图像的畸变进行校正。实验证明,可以使畸变量相比原始块匹配拼接方法减小一个数量级。