新型高分辨率激光光谱技术研究

发布时间：2017-07-15 16:02

  本文关键词：新型高分辨率激光光谱技术研究

  更多相关文章： VIPA 面阵光谱仪 可调谐F-P 光谱成像 超高分辨率

【摘要】：从科学研究到商业应用,现代科技的快速发展使得对光谱仪分辨率的要求越来越高。但是由于受到色散元件和探测器的限制,普通光谱仪的光谱分辨率受到了制约。本文采用二维分光面阵光谱仪实现了高光谱分辨率测量,并在此基础上提出和实验演示了一种新型的超高分辨率光谱测量技术。该技术通过将二维分光的高分辨率面阵光谱仪和可调谐法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)干涉仪相结合来实现超高分辨率的光谱测量,在～17.4 nm的光谱范围内获得了37.5 MHz (0.08 pm @800 nm)的超高光谱分辨率。首先,设计和搭建了一个二维面阵式光谱仪系统。该二维面阵式光谱仪采用带尾纤的半导体激光器(Laser diode, LD)辅助搭建和定标,以虚拟成像阵列(Virtually imaginary phased array, VIPA)作为主色散元件,以光栅作为辅助色散元件,在两个方向上进行分光,因此可被称为正交色散光谱仪。该系统在792～809.4nm的光谱范围内获得了0.7 GHz (1.5 pm @800 nm)的光谱分辨率。然后,在上述正交色散光谱仪基础上,搭建了一套结合了可调谐F-P扫描式干涉仪和正交色散光谱仪的高分辨率光谱仪实验系统。在可调谐F-P扫描式干涉仪部分,以可调谐F-P作为滤波器,通过控制施加在可调谐F-P上的电压就可以改变可调谐F-P的输出波长。同步改变施加在可调谐F-P上的电压和记录测量所得到的各个时刻的梳状光谱,就可以通过整合完整地得到整幅高分辨率待测光谱。该实验系统在～17.4 nm光谱范围内获得了优于37.5MHz的超高光谱分辨率。最后,利用所构建的光谱仪实际测量了锁模钛宝石激光器的激光光谱,证实其可以较为清晰地分辨其间隔为76.3MHz的各个纵模。
【关键词】：VIPA 面阵光谱仪 可调谐F-P 光谱成像 超高分辨率
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景和意义11-12
• 1.2 一维线阵光谱仪12-16
• 1.2.1 棱镜光谱仪12-13
• 1.2.2 光栅光谱仪13-14
• 1.2.3 性能比较14-16
• 1.3 二维面阵光谱仪16-17
• 1.4 本论文研究内容17-19
• 第2章 正交色散光谱仪19-33
• 2.1 正交色散光谱仪的基本工作原理和研究现状19-21
• 2.1.1 正交色散光谱仪的基本原理19
• 2.1.2 基于正交色散的应用研究19-21
• 2.2 光栅光谱仪理论21-23
• 2.2.1 光栅色散理论21-22
• 2.2.2 光谱光谱仪的光谱分辨率22-23
• 2.3 虚拟成像阵列色散理论及分辨率23-27
• 2.3.1 虚拟成像阵列的基本结构23-24
• 2.3.2 虚拟成像阵列的基本原理24-26
• 2.3.3 虚拟成像阵列的色散性能26-27
• 2.3.4 虚拟成像阵列的分辨本领27
• 2.4 正交色散光谱仪的设计27-31
• 2.4.1 正交色散光谱仪的光学系统设计28
• 2.4.2 正交色散光谱仪的像散补偿方法28-30
• 2.4.3 虚拟成像阵列与光栅的匹配30
• 2.4.4 正交色散光谱仪的光谱分布30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 正交色散二维光谱仪的研制33-43
• 3.1 正交色散二维光谱仪的研制33-36
• 3.1.1 正交色散光谱仪的硬件选择33-35
• 3.1.2 正交色散光谱仪的CCD光强分布图35-36
• 3.2 正交色散二维光谱仪的光谱标定方法36-41
• 3.2.1 正交色散光谱仪的标定方法36-39
• 3.2.2 正交色散光谱仪的光谱标定和噪声处理39-41
• 3.3 正交色散光谱仪的性能指标41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章 超高分辨光谱仪系统43-57
• 4.1 可调谐F-P扫描干涉仪43-46
• 4.2 超高分辨光谱仪实现原理46-48
• 4.3 超高分辨光谱仪系统48-50
• 4.3.1 超高分辨光谱仪系统48-50
• 4.3.2 可调谐F-P结构部分参数50
• 4.4 超高分辨光谱50-54
• 4.4.1 两种模式下的光谱对比51-53
• 4.4.2 结果分析53-54
• 4.5 本章小结54-57
• 第5章 总结和展望57-59
• 5.1 论文工作总结57
• 5.2 本论文创新点57-58
• 5.3 展望58-59
• 参考文献59-65
• 作者简历65

【参考文献】

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2 宁春丽;齐向东;陈少杰;巴音贺希格;崔继承;;轻小型中阶梯光栅光谱仪光学设计及性能分析[J];光谱学与光谱分析;2012年12期

3 沈笑笑;谭中伟;李睿;陈志伟;;虚像相位阵列的二维成像原理及其应用[J];光电技术应用;2012年04期

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1 宫兴致;宽波段微型光谱仪设计及其应用系统[D];浙江大学;2011年

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本文编号：544610