高分辨率可见光傅里叶变换光谱测量方法研究

发布时间：2017-09-27 17:18

  本文关键词：高分辨率可见光傅里叶变换光谱测量方法研究

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【摘要】：傅里叶变换光谱测量技术在红外和近红外波段已经逐渐取代分光式测量技术成为光学测量的重要手段,具有高通量、多通道、宽光谱测量范围和高光谱定标精确度等优点,而在可见光波段,它仍然具有高分辨率、测量精度高、高通量等优点。本文利用光束折叠技术和双路干涉技术,将傅里叶变换光谱测量技术拓展到可见光波段,通过改善光路,提高光学平台系统的稳定性,获取高精度的干涉图样,提高光谱测量系统的分辨率。实验系统总体设计思路：利用迈克尔逊干涉仪实现双路干涉,获得参考光和被测光的干涉图,其中两路干涉仪的动镜固定在同一平移台上,具有相同的动镜平移量,因为参考光干涉光路是四次折叠的,所以参考光光路光程差的变化量是被测光光路光程差变化量的四倍。我们获得干涉图后,对参考光干涉图进行光电转换、信号放大和过零比较,获得光程差定位脉冲信号,对被测光干涉图进行光电转换和信号放大,利用定位脉冲信号触发数据采集系统对被测光信号进行采样,再经傅里叶变换获得被测光光谱曲线。相比于原实验系统,本实验系统选用单纵模稳定型He-Ne激光光源,改善了频率稳定性；添加标准光学面包板,提高系统光路的准直性；采用直流伺服电机代替交流伺服电机使平移台的驱动方式由步进式变为连续式,降低平移台振动造成的影响；优化光电检测、信号放大和过零比较电路,减小光电检测单元误差对光程差定位精度的影响。实验结果表明,改进措施大幅度提高了光谱测量的精度和分辨率。实验系统设计扫描长度可达8cm,理论精度应约为0.063 cm-1实际精度光谱分辨仅为1.048cm-1,经选段扫描同样长度的扫描测量,获得的He-Ne激光光谱测量曲线的分辨率是不同的,因而证明,本实验系统所使用的光学平移台的精度是影响进一步提高测量精度的主要原因。同时,本论文研究进行了双光路折叠的傅里叶变换光谱测量方法的尝试。参考光干涉光路进行了四次折叠,被测光光路进行了二次折叠,选用与上述实验同样的光学元件、光学平移台、光电检测和数据采集系统。实验结果表明,新设计的双光路折叠测量系统在扫描同样长度的情况下,提高了一倍的光谱分辨率,并且测量精度没有明显下降。由此表明,基于双光路折叠技术的傅里叶变换光谱测量方法,是利用短程扫描距离的平移台获得更高光谱分辨率的有效方法。
【关键词】：傅里叶变换光谱测量 迈克尔逊干涉 光束折叠
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O438.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-15
• 1.1 课题背景及意义11
• 1.2 傅里叶变换光谱测量可见光波段的历史进展11-13
• 1.3 主要研究内容与论文安排13-15
• 2 可见光波段傅里叶变换光谱分析理论基础15-24
• 2.1 迈克尔逊干涉仪15-16
• 2.2 干涉仪中光的叠加原理16-19
• 2.2.1 光的波动性原理16-17
• 2.2.2 光的叠加原理17-19
• 2.3 傅里叶变换光谱仪性能19-23
• 2.3.1 光谱分辨率19-21
• 2.3.2 光通量21-22
• 2.3.3 信噪比22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 光谱测量系统设计与调试24-37
• 3.1 系统总体设计25-26
• 3.2 光学系统设计26-34
• 3.2.1 光学系统原理26-29
• 3.2.2 光学系统安装与调试29-34
• 3.3 电路系统34-36
• 3.3.1 光电转换与信号放大电路34-35
• 3.3.2 过零比较电路35
• 3.3.3 平移台控制电路35-36
• 3.3.4 DSP数据采集电路36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 干涉图的采样与处理37-41
• 4.1 干涉图的采样37
• 4.2 采样数据的处理37-40
• 4.3 本章小结40-41
• 5 高分辨率可见光傅里叶变换光谱测量分析实验与结果41-54
• 5.1 光束折叠光路系统41-49
• 5.1.1 干涉图和其频谱特性42-43
• 5.1.2 原实验结果及分析43-46
• 5.1.3 系统改进后实验结果及分析46-49
• 5.2 双折叠光路实验结果与分析49-52
• 5.3 本章小结52-54
• 6 工作总结与展望54-58
• 6.1 工作总结54-56
• 6.2 不足与展望56-58
• 参考文献58-62
• 个人简历62
• 攻读硕士学位期间发表论文62-63
• 致谢63-64
• 附录64-66

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本文编号：930935