Sagnac干涉傅里叶变换光谱仪设计及若干关键问题研究

发布时间：2020-06-10 05:03

【摘要】：傅里叶变换光谱仪是光谱仪器中的一个重要分支,具有光谱精度高、光通量大等诸多优势,傅里叶变换光谱仪在物质鉴别、航空遥感、大气环境监测等方面有着重要的应用。Sagnac干涉型是静态傅里叶变换光谱仪中的一种重要类型,研究Sagnac干涉傅里叶变换光谱仪的结构设计、光谱复原流程以及关键性能参数对于进一步提高光谱仪的测量精度,减小误差并且提高复原光谱精度有重要的意义。Sagnac干涉傅里叶变换光谱仪在实际的应用过程中,存在有光谱重构精度不高,波数误差较大,谱强度失真等问题,因此有必要对这些问题进行研究。本文在对傅里叶变换光谱仪的背景原理进行分析的基础上对Sagnac干涉傅里叶变换光谱仪进行了系统设计,对光谱仪进行了光学系统设计和光谱复原流程设计,根据技术指标确定光谱仪相关硬件参数并使用MATLAB软件编写相关数据处理代码。根据设计方案搭建光谱仪并进行光谱复原以及光谱定标工作,并对不同类型的光源展开实验,对所获得的复原光谱进行了分析与研究。对傅里叶变换光谱仪系统中光谱仪的分辨率和信噪比以及干涉仪的剪切距这三个关键指标进行了深入研究,分析了光谱仪的分辨率和信噪比,讨论了干涉仪的剪切距对于分辨率的影响,并提出添加道威棱镜的方式对剪切距进行调节。实验结果表明,所设计的光谱仪能够较好的复原出光谱,达到了设计要求。
【图文】：

系统原理图,傅里叶变换光谱仪

图 2.4 Sagnac 型傅里叶变换光谱仪系统原理图ig 2.4 Sagnac type Fourier transform spectrometer system schem涉傅里叶变换光谱仪是一种以 Sagnac 干涉仪为横向，基本结构包括：前置光学系统、狭缝、分光棱镜、阵探测器，原理示意图如图 2.4 所示，物体或者光源成像到狭缝，从狭缝中出射的光线再照射到干涉仪的束面上，由于膜层的作用，入射光被分成透射光和反个反射镜反射和分光棱镜的第二次反射或透射后形成射。两束平行光线经过傅里叶透镜，最终在探测器的仪的结构特性，，系统的光路是三角共光路结构，因播的时候，所经过的路径相同，避免了外部环境的干置发生移动时，干涉仪的两臂不等长，会将入射光剪。两束相干光线通过傅里叶透镜会聚到探测器上，形位置的干涉条纹代表了两束相干光线光程差的不同

光程差,探测器,傅里叶透镜

图 2.5 探测器与光程差的关系 2.5 Relationship between detector and optical path difference，当两个反射镜距离分光棱镜的距离相等时，此时剪切的两束光线之间光程差为零，因此在探测器上个反射镜移动产生一个偏移量 l 时，入射光被分光反射后就会产生光程差，经过傅里叶透镜成像后切后的两束平行光之间的距离称为干涉仪的剪切距面上，傅里叶透镜在实际使用中考虑到像差以及头代替使用。如图 2.5 所示，Sagnac 干涉仪将光源切的两束光根据相干光学原理可知是相干的。用 l 来表示 Sagnac 棱镜偏移量，计算可得 Sagnac间的距离。成像镜头的焦距为 f，探测器上的像元光轴与探测器的交点记为 O 并以 O 点为原点，与缝方向的记为 Y 轴。设探测器上像元的位置为
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH744.1

【参考文献】