光栅—平面镜型可调式空间外差光谱技术研究

发布时间：2017-10-30 19:28

  本文关键词：光栅—平面镜型可调式空间外差光谱技术研究

  更多相关文章： 空间外差光谱技术 宽波段 傅里叶变换 干涉 光栅色散

【摘要】：空间外差光谱技术是一种新型干涉式光谱分析技术,集光栅色散技术与傅里叶变换技术于一体,具有高光谱分辨率、高光通量、高信噪比、结构紧凑多变等特点,在星际微弱目标探测、大气微量成分遥感探测等领域具有重要作用。空间外差光谱仪器的探测光谱范围是由探测器所能探测的最高空间频率限制的,一般典型的空间外差光谱仪测量范围小于10nm,这极大地制约了仪器的探测能力和应用范围。因此,开展宽谱段空间外差光谱仪的研制成为此领域的热点。一般拓宽空间外差光谱仪测量波段的方法对所用的光栅要求较高(中阶梯光栅或对称闪耀光栅),另外,使用中阶梯光栅时衍射级次的分离及选取复杂,谱图还原算法难度较大。鉴于此,本文提出一种光栅-平面镜型可调式空间外差光谱仪,通过旋转切换光栅偏转角来选取波段以展宽测量范围,对平面镜施加微小俯仰角以保证谱图还原的单值性。该仪器结构简单,光栅制作难度低,谱图还原算法易于实现,将是一种新型宽谱段空间外差光谱仪。主要研究工作如下:第一,提出一种光栅-平面镜结构的可调式空间外差光谱仪系统。将传统的双平面光栅式空间外差光谱仪中一块光栅换成平面镜,让另一块光栅可旋转,组成一个可调式系统,通过旋转光栅偏转角以切换测量波段从而实现波段展宽。对平面镜施加一个小的俯仰角清除傅里叶变换后的谱图不确定性,保证谱图还原的单值性。第二,根据系统总体设计要求,对光栅-平面镜结构的空间外差光谱仪进行系统设计。空间外差光谱仪性能参数主要包括光谱分辨率、光谱范围等,这些性能取决于光栅、探测器等结构参数的选取,通过合理选取各测量波段和各核心器件参数,满足设计总体要求。第三,对所设计的光栅-平面镜型可调空间外差光谱仪进行仿真和装调误差分析。对系统Zemax建模,从理论上验证设计的可行性;对谱图还原时对应关系进行修正并分析准直系统、干涉系统可能存在的装调误差对仪器性能的影响。第四,按系统设计参数搭建原理样机并进行实验验证。在实验室光学平台上完成原理样机,并选择不同波长的光源进行试验,测试仪器的性能。对所得干涉图进行傅里叶变换后复原入射光谱,对所得结果进行研究、讨论,并对发现的问题提出改进方案。
【关键词】：空间外差光谱技术 宽波段 傅里叶变换 干涉 光栅色散
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 课题研究背景及意义12-14
• 1.2 空间外差光谱仪的研究现状14-23
• 1.2.1 国外发展现状15-20
• 1.2.2 国内发展现状20-23
• 1.3 论文的主要内容与结构安排23-26
• 1.3.1 论文的主要内容23-24
• 1.3.2 论文的结构安排24-26
• 第2章 空间外差光谱技术理论基础26-36
• 2.1 空间外差光谱仪原理26-28
• 2.2 展宽空间外差光谱仪测量波段原理28-34
• 2.2.1 全反可调式空间外差光谱仪29-31
• 2.2.2 中阶梯光栅式空间外差光谱仪31-33
• 2.2.3 光栅-平面镜型可调式空间外差光谱仪33-34
• 2.3 各展宽测量波段方式比较34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 光栅-平面镜型空间外差光谱仪系统设计36-48
• 3.1 光栅-平面镜型空间外差光谱仪系统设计指标36
• 3.2 光栅-平面镜型空间外差光谱仪性能参数36-39
• 3.2.1 光谱分辨率36-37
• 3.2.2 测量光谱范围37-38
• 3.2.3 信噪比38
• 3.2.4 视场38-39
• 3.3 光栅-平面镜型空间外差光谱仪系统设计与元件选取39-47
• 3.3.1 光栅-平面镜型空间外差光谱仪系统设计39-42
• 3.3.2 关键元件选取42-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 光栅-平面镜型空间外差光谱仪误差分析与仿真48-60
• 4.1 空间外差光谱仪原理修正48-49
• 4.2 光栅-平面镜型空间外差光谱仪误差分析49-55
• 4.2.1 准直系统误差49-52
• 4.2.2 干涉系统误差52-55
• 4.3 光栅-平面镜型空间外差光谱仪ZEMAX仿真55-58
• 4.3.1 系统ZEMAX建模55-57
• 4.3.2 系统ZEMAX仿真模拟57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 实验测试结果60-68
• 5.1 原理样机搭建与测试60-62
• 5.2 干涉图数据处理62-66
• 5.3 结果讨论66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第6章 总结与展望68-71
• 6.1 论文工作总结68-69
• 6.2 展望69-71
• 参考文献71-77
• 在学期间学术成果情况77-78
• 指导教师及作者简介78-79
• 致谢79-80

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本文编号：1118993