本文選題：光學(xué)設(shè)計(jì) + 偏振干涉　； 參考：《中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)》2015年博士論文

【摘要】：近紅外光譜分析是一種常規(guī)的定量分析技術(shù),其核心是光譜儀。研究穩(wěn)定性高且適用于在線分析和過程控制的新型傅里葉變換光譜儀具有重要的理論和工程意義。本文在介紹各種類型近紅外光譜儀的應(yīng)用背景、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對(duì)一種共光路近紅外偏振干涉光譜儀的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。干涉儀是傅里葉變換光譜儀的核心部件。針對(duì)邁克爾遜干涉儀及其衍生型的固有缺點(diǎn),提出一種基于機(jī)械補(bǔ)償?shù)墓补饴菲窀缮鎯x。從波動(dòng)理論出發(fā)研究了偏振干涉儀的基本原理和關(guān)鍵指標(biāo),推導(dǎo)了偏振干涉光強(qiáng)的理論表達(dá)式,仿真了0.6328μm和0.8~1.7μm復(fù)色光的干涉曲線。研究了起偏器和檢偏器透光軸角度對(duì)調(diào)制度和光通量的影響規(guī)律。通過分析、計(jì)算角度失調(diào)的影響,提出一種可同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)制度和光通量最大化的參數(shù)配置方法。綜合運(yùn)用瓊斯矢量法、斯托克斯矢量法和波動(dòng)理論對(duì)共光路近紅外偏振干涉儀的基本原理和特性進(jìn)行了對(duì)比研究,結(jié)果表明三者雖各有優(yōu)缺點(diǎn),但殊途同歸。推導(dǎo)了偏振干涉儀的瓊斯矩陣和穆勒矩陣,給出了干涉光的瓊斯矢量和斯托克斯矢量理論表達(dá)式,該表達(dá)式可用于研究偏振干涉儀對(duì)不同偏振態(tài)光束的傳輸特性,同時(shí)還能計(jì)算不同偏振器件的擺放角度對(duì)干涉光的影響,為工程研制提供理論指導(dǎo)。對(duì)相位補(bǔ)償器的基本參數(shù)和穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算和分析,提出了相位補(bǔ)償器的性能評(píng)價(jià)依據(jù)。研究了晶體材料和光軸取向?qū)π阅艿挠绊?推導(dǎo)了外形尺寸和掃描分辨率的計(jì)算公式。分析并計(jì)算了光程差靈敏度、掃描速度均勻性、傾角誤差容限、斜入射角誤差容限和溫度適應(yīng)性等穩(wěn)定性指標(biāo),推導(dǎo)了相應(yīng)的計(jì)算公式。經(jīng)對(duì)比,移動(dòng)光楔運(yùn)動(dòng)方向的抗干擾能力為經(jīng)典邁克爾遜干涉儀的sin/2Δnθ倍。移動(dòng)部件抗傾斜的能力為經(jīng)典邁克爾遜干涉儀的/75.1Δn倍。由于晶體材料的雙折射率Δn差通常很小,因此偏振干涉儀的穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)非常明顯。入射光以微量?jī)A角入射后,在相位補(bǔ)償器中不會(huì)產(chǎn)生額外的附加光程差。此外,光楔角的大小也是影響相位補(bǔ)償器的重要參數(shù),需在性能與尺寸、成本之間尋求平衡。基于理論分析,給出了相位補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)實(shí)例,對(duì)偏振光在相位補(bǔ)償器中的傳播特性進(jìn)行了模擬仿真,經(jīng)對(duì)比表明光線追跡的結(jié)果與理論計(jì)算一致。根據(jù)實(shí)際需求,提出了近紅外偏振干涉光譜儀的設(shè)計(jì)方案,其設(shè)計(jì)波長(zhǎng)為0.8~1.7μm,光譜分辨率為8cm-1。從設(shè)計(jì)指標(biāo)出發(fā)進(jìn)行了參數(shù)計(jì)算,應(yīng)用近紅外光纖耦合光源、離軸拋物面鏡、格蘭-湯普遜棱鏡和冰洲石相位補(bǔ)償器等元件實(shí)現(xiàn)了偏振干涉光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì),對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果從點(diǎn)列圖、幾何包圍能量和垂軸色差三種指標(biāo)進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)價(jià),對(duì)準(zhǔn)直光的不平行度和探測(cè)器離焦影響進(jìn)行了考察和分析。采用多重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法評(píng)價(jià)了光學(xué)系統(tǒng)在-20℃~85℃的熱穩(wěn)定性。模擬了離軸拋物面鏡失調(diào)時(shí)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響。針對(duì)現(xiàn)有光學(xué)結(jié)構(gòu)的不足,提出一種改進(jìn)型光學(xué)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可以減少2片冷光鏡的使用,能降低裝配難度和雜光影響。對(duì)光機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了一體化仿真,表明光纖耦合光源所形成的點(diǎn)光源結(jié)合離軸拋物面鏡后比面光源在降低雜散光方面更具優(yōu)勢(shì)。分析了光纖頭離焦對(duì)光能分布的影響,據(jù)此可為光纖頭的調(diào)試提供指導(dǎo)。針對(duì)偏振干涉提出一種光譜反演的波數(shù)修正方法。對(duì)光譜反演的影響因素及移動(dòng)光楔的傾斜誤差進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果表明采樣間隔、最大光程差、波長(zhǎng)和切趾函數(shù)對(duì)光譜反演精度產(chǎn)生影響。移動(dòng)光楔的傾斜誤差對(duì)光譜復(fù)原的影響受到光束口徑、波長(zhǎng)的影響,口徑越小、波長(zhǎng)越長(zhǎng)受傾斜誤差的影響越小,波長(zhǎng)為0.8μm時(shí),光束口徑10.8mm,移動(dòng)光楔傾斜角24.04″,復(fù)原光譜的能量峰值降至理論值的90%,與理論計(jì)算結(jié)果一致。根據(jù)仿真設(shè)計(jì)結(jié)果搭建了一套原理樣機(jī)并進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),獲得了He-Ne激光干涉曲線,采用三角函數(shù)進(jìn)行切趾并得到單色光的光譜曲線,與仿真結(jié)果基本一致,表明光譜數(shù)據(jù)處理方法合理可行;同時(shí)采集了He-Ne激光與近紅外復(fù)色光的干涉曲線,參考激光高頻率、重復(fù)出現(xiàn)的零點(diǎn)可為復(fù)色光的等間隔采集提供精確參考,復(fù)色光的干涉曲線分布與仿真結(jié)果相符。
[Abstract]:In this paper , the fundamental principle and the key indexes of the polarization interferometer are studied by using Jones vector method , Stokes vector method and wave theory . In this paper , the influence factors of the spectral inversion and the tilt error of the moving optical wedge are simulated . The simulation results show that the sampling interval , the maximum optical path difference , the wavelength and the toe function have an influence on the accuracy of the spectral inversion .
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH744.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 云中客;適用于大分子的物質(zhì)波干涉儀[J];物理;2002年07期

2 ;干涉儀[J];光機(jī)電信息;2003年06期

3 劉倬民;154A干涉儀系統(tǒng)β_m值對(duì)接求解[J];裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2004年01期

4 路建新 ,單玉生 ,湯秀章 ,周創(chuàng)志;光學(xué)記錄速度干涉儀的研制[J];中國(guó)原子能科學(xué)研究院年報(bào);2004年00期

5 韓永泉;;余數(shù)定理解干涉儀模糊初步研究[J];電子信息對(duì)抗技術(shù);2008年04期

6 高卓;;可在室溫下工作的量子干涉儀問世[J];化學(xué)分析計(jì)量;2010年03期

7 М.Н.巴西克托夫;Ю.Ф.喔格洛特尼可夫;胡公義;;示教干涉儀和它的實(shí)歐[J];物理通報(bào);1963年03期

8 方懷珍;;高精度干涉儀反射鏡位置的控制[J];儀器儀表通訊;1973年06期

9 山深聞;橫向剪開干涉儀[J];光學(xué)技術(shù);1981年03期

10 向才新;干涉儀實(shí)時(shí)全息補(bǔ)償?shù)木窒扌訹J];儀器儀表學(xué)報(bào);1986年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 于杰;張海濤;;相移點(diǎn)衍射干涉儀重復(fù)性研究[A];第十四屆全國(guó)光學(xué)測(cè)試學(xué)術(shù)討論會(huì)論文（摘要集）[C];2012年

2 楊俊麒;鄒暉;胡毅;;延遲干涉儀原理及控制方法[A];2009年中國(guó)高校通信類院系學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

3 別業(yè)廣;熊俊松;;德布羅意波及原子波干涉儀[A];湖北省物理學(xué)會(huì)、武漢物理學(xué)會(huì)2004’學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

4 王鳴;郭冬梅;;基于修正相移技術(shù)的激光自混合干涉儀[A];光電技術(shù)與系統(tǒng)文選——中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)光電技術(shù)專業(yè)委員會(huì)成立二十周年暨第十一屆全國(guó)光電技術(shù)與系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

5 耿生群;吳嗣亮;;載波相位誤差對(duì)干涉儀的影響及糾正方法[A];第三屆全國(guó)信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

6 劉景峰;李艷秋;劉克;;移相式點(diǎn)衍射干涉儀的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)[A];2007'中國(guó)儀器儀表與測(cè)控技術(shù)交流大會(huì)論文集（一）[C];2007年

7 唐遠(yuǎn)河;郜海陽(yáng);段曉東;賈奇杰;屈歐陽(yáng);曹顯剛;;地基氣輝成像干涉儀的研制[A];第十四屆全國(guó)日地空間物理學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

8 袁群;高志山;周宇軒;褚光;;基于數(shù)值模擬的點(diǎn)衍射干涉儀移相算法研究[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

9 袁群;高志山;;點(diǎn)衍射干涉儀中高精度移相算法分析[A];第十三屆全國(guó)光學(xué)測(cè)試學(xué)術(shù)討論會(huì)論文（摘要集）[C];2010年

10 王輝;;點(diǎn)衍射干涉儀高重復(fù)性檢測(cè)支撐設(shè)備研制[A];第十三屆全國(guó)光學(xué)測(cè)試學(xué)術(shù)討論會(huì)論文（摘要集）[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 王小龍;可在室溫下工作的量子干涉儀問世[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 謝正茂;近紅外偏振干涉光譜儀關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2015年

2 封皓;基于雙Mach-Zehnder干涉儀結(jié)構(gòu)的光纖管道安全預(yù)警系統(tǒng)建模及定位研究[D];天津大學(xué);2011年

3 施宇鋒;星載紅外光譜儀干涉分系統(tǒng)的控制技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2012年

4 汪麗;干涉法大氣風(fēng)場(chǎng)探測(cè)技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所）;2007年

5 李振華;實(shí)現(xiàn)渦旋光束及光強(qiáng)圖樣調(diào)制的多孔干涉儀設(shè)計(jì)研究[D];山東師范大學(xué);2014年

6 陳偉;固體系統(tǒng)中電子糾纏的產(chǎn)生及探測(cè)[D];南京大學(xué);2014年

7 陳華;高精度面形檢測(cè)中環(huán)境擾動(dòng)因素分析[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 史云飛;基于雙Mach-Zehnder干涉儀的擾動(dòng)定位方法研究[D];山東大學(xué);2015年

2 王國(guó)林;長(zhǎng)基線干涉儀測(cè)向關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

3 陶金泉;毫米波干涉儀信號(hào)處理研究[D];南京理工大學(xué);2009年

4 許靜靜;多普勒光纖速度干涉儀的研究[D];北京交通大學(xué);2011年

5 吳仁安;移相式紅外泰曼干涉儀的研究與應(yīng)用[D];南京理工大學(xué);2003年

6 劉玉圣;高精度線性衍射光柵干涉儀系統(tǒng)的研制[D];合肥工業(yè)大學(xué);2006年

7 張城;點(diǎn)衍射干涉儀關(guān)鍵器件設(shè)計(jì)與基準(zhǔn)波前分析[D];南京理工大學(xué);2014年

8 蓋宇龍;基于耦合諧振腔干涉儀的相位調(diào)制技術(shù)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

9 莊嚴(yán);ф600mm干涉儀系統(tǒng)傳遞函數(shù)的檢測(cè)與分析方法研究[D];南京理工大學(xué);2011年

10 朱曉亮;利用光纖馬赫曾德干涉儀實(shí)現(xiàn)的光學(xué)雙穩(wěn)性研究[D];黑龍江大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：1916338