基于随机像素光栅的计算光谱仪的研究
发布时间：2022-09-30 18:26
传统光谱仪的微型化往往导致光谱仪分辨率、灵敏度等性能下降。近年来,国内外研究人员提出了一种基于散斑的波长相关性的计算光谱仪,不仅可以提高光谱仪分辨率,也能大大精简光谱仪的结构,克服了微型光谱仪尺寸与分辨率之间的相互制约问题。计算光谱仪用随机散射介质替代传统光谱仪中的色散元件以获得较高的分辨率,但现有的计算光谱仪普遍存在光能利用率低、分辨率和带宽互相制约等缺点。本文提出一种基于随机像素光栅结构的计算光谱仪系统,能够有效提高光能利用率,并且有望同时获得较高的光谱分辨率和带宽。本文的研究内容主要分为四部分,包括随机像素光栅的衍射散射理论研究、随机像素光栅的设计和制备、Littman外腔反馈半导体激光器的设计和实现、最小二乘反演算法及反演测试。理论部分推导了焦平面上随机像素光栅的夫琅禾费衍射斑分布表达式,并仿真研究了不同参数对分辨率的影响。基于理论和仿真,设计并制备了随机像素光栅样品。为了测试本文提出的计算光谱仪,自主设计并制作了基于Littman结构的外腔半导体激光器,实现10nm左右的波长调谐范围,0.14nm左右的调谐分辨率,优于0.1nm的线宽。此外,本文搭建了一套计算光谱仪实验系统,...
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和研究意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文研究内容
1.4 论文章节安排
第2章 随机像素光栅的衍射特性仿真和分析
2.1 基于随机像素光栅的散斑产生原理
2.2 单块像素光栅的衍射
2.2.1 光栅衍射的基本原理
2.2.2 单块光栅像素的夫琅禾费衍射分布
2.2.3 单块光栅像素的衍射仿真结果
2.2.4 随机像素光栅的衍射仿真结果
2.3 随机像素光栅散斑图的光谱相关性
2.3.1 光谱分辨率
2.3.2 光谱带宽
2.4 本章小结
第3章 随机像素光栅的设计和制备
3.1 随机像素光栅的设计
3.2 随机像素光栅的制备流程
3.2.1 随机像素光栅的制备方法
3.2.2 随机像素光栅的制备结果
3.3 本章小结
第4章 计算光谱仪实验测试系统
4.1 计算光谱仪系统的基本结构
4.2 Littman型可调谐半导体激光器
4.2.1 可调谐半导体激光器概述
4.2.2 Littman外腔可调谐半导体激光器的结构设计
4.2.3 可调谐半导体激光器的组装和调试
4.2.4 可调谐半导体激光器的输出测试
4.3 计算光谱仪实验测试系统
4.3.1 搭建实验光路
4.3.2 导入光纤的选择
4.4 本章小结
第5章 计算光谱仪的光谱反演
5.1 计算光谱仪的反演算法原理
5.2 最小二乘法原理介绍
5.3 反演结果
5.3.1 反演单色光
5.3.2 反演复色光
5.4 后续实验方案
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
攻读学位期间获得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]透射光栅斜入射的简易测量及研究[J]. 陈继超,向文丽. 大学物理实验. 2018(05)
[2]单色散压缩编码光谱成像系统研究[J]. 唐兴佳,李立波,赵强,李洪波,胡炳樑. 光谱学与光谱分析. 2017(09)
[3]采用同步调谐方法的Littman型可调谐半导体激光器[J]. 张为波,刘志刚,周扬理,龚海. 西安交通大学学报. 2015(10)
[4]A colloidal quantum dot spectrometer[J]. Science Foundation in China. 2015(03)
[5]斜入射时光栅衍射特性的理论分析及实验研究[J]. 徐美嘉,王海林,谭伟石. 大学物理实验. 2014(04)
[6]基于MATLAB的光栅衍射实验仿真与研究[J]. 李松柏,吴加贵,卢孟春,陆智,杨敏. 西南民族大学学报(自然科学版). 2010(05)
[7]基于Littrow结构的可调谐半导体激光器[J]. 管桦,黄贵龙,黄学人,郭彬,舒华林,高克林. 中国激光. 2007(01)
[8]窄线宽的外腔半导体激光器[J]. 江鹏飞,赵伟瑞,张静娟,谢福增. 激光技术. 2004(02)
[9]微型光谱仪的发展[J]. 鞠挥,吴一辉. 微纳电子技术. 2003(01)
[10]可调谐单模窄线宽外腔半导体激光器[J]. 张汉一，潘仲琦，杨今强，周炳琨. 物理. 1995(07)
博士论文
[1]基于压缩感知的计算成像技术研究[D]. 马彦鹏.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[2]压缩编码的计算光谱成像方法研究[D]. 林耀海.西安电子科技大学 2016
[3]基于编码感知的高分辨率计算成像方法研究[D]. 高大化.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]光栅外腔可调谐半导体激光器系统的设计[D]. 刘增辉.吉林大学 2004
本文编号：3684048
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和研究意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文研究内容
1.4 论文章节安排
第2章 随机像素光栅的衍射特性仿真和分析
2.1 基于随机像素光栅的散斑产生原理
2.2 单块像素光栅的衍射
2.2.1 光栅衍射的基本原理
2.2.2 单块光栅像素的夫琅禾费衍射分布
2.2.3 单块光栅像素的衍射仿真结果
2.2.4 随机像素光栅的衍射仿真结果
2.3 随机像素光栅散斑图的光谱相关性
2.3.1 光谱分辨率
2.3.2 光谱带宽
2.4 本章小结
第3章 随机像素光栅的设计和制备
3.1 随机像素光栅的设计
3.2 随机像素光栅的制备流程
3.2.1 随机像素光栅的制备方法
3.2.2 随机像素光栅的制备结果
3.3 本章小结
第4章 计算光谱仪实验测试系统
4.1 计算光谱仪系统的基本结构
4.2 Littman型可调谐半导体激光器
4.2.1 可调谐半导体激光器概述
4.2.2 Littman外腔可调谐半导体激光器的结构设计
4.2.3 可调谐半导体激光器的组装和调试
4.2.4 可调谐半导体激光器的输出测试
4.3 计算光谱仪实验测试系统
4.3.1 搭建实验光路
4.3.2 导入光纤的选择
4.4 本章小结
第5章 计算光谱仪的光谱反演
5.1 计算光谱仪的反演算法原理
5.2 最小二乘法原理介绍
5.3 反演结果
5.3.1 反演单色光
5.3.2 反演复色光
5.4 后续实验方案
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
攻读学位期间获得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]透射光栅斜入射的简易测量及研究[J]. 陈继超,向文丽. 大学物理实验. 2018(05)
[2]单色散压缩编码光谱成像系统研究[J]. 唐兴佳,李立波,赵强,李洪波,胡炳樑. 光谱学与光谱分析. 2017(09)
[3]采用同步调谐方法的Littman型可调谐半导体激光器[J]. 张为波,刘志刚,周扬理,龚海. 西安交通大学学报. 2015(10)
[4]A colloidal quantum dot spectrometer[J]. Science Foundation in China. 2015(03)
[5]斜入射时光栅衍射特性的理论分析及实验研究[J]. 徐美嘉,王海林,谭伟石. 大学物理实验. 2014(04)
[6]基于MATLAB的光栅衍射实验仿真与研究[J]. 李松柏,吴加贵,卢孟春,陆智,杨敏. 西南民族大学学报(自然科学版). 2010(05)
[7]基于Littrow结构的可调谐半导体激光器[J]. 管桦,黄贵龙,黄学人,郭彬,舒华林,高克林. 中国激光. 2007(01)
[8]窄线宽的外腔半导体激光器[J]. 江鹏飞,赵伟瑞,张静娟,谢福增. 激光技术. 2004(02)
[9]微型光谱仪的发展[J]. 鞠挥,吴一辉. 微纳电子技术. 2003(01)
[10]可调谐单模窄线宽外腔半导体激光器[J]. 张汉一，潘仲琦，杨今强，周炳琨. 物理. 1995(07)
博士论文
[1]基于压缩感知的计算成像技术研究[D]. 马彦鹏.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[2]压缩编码的计算光谱成像方法研究[D]. 林耀海.西安电子科技大学 2016
[3]基于编码感知的高分辨率计算成像方法研究[D]. 高大化.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]光栅外腔可调谐半导体激光器系统的设计[D]. 刘增辉.吉林大学 2004
本文编号：3684048
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