本文關(guān)鍵詞：高分辨率可見光傅里葉變換光譜測量方法研究

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【摘要】：傅里葉變換光譜測量技術(shù)在紅外和近紅外波段已經(jīng)逐漸取代分光式測量技術(shù)成為光學(xué)測量的重要手段,具有高通量、多通道、寬光譜測量范圍和高光譜定標(biāo)精確度等優(yōu)點,而在可見光波段,它仍然具有高分辨率、測量精度高、高通量等優(yōu)點。本文利用光束折疊技術(shù)和雙路干涉技術(shù),將傅里葉變換光譜測量技術(shù)拓展到可見光波段,通過改善光路,提高光學(xué)平臺系統(tǒng)的穩(wěn)定性,獲取高精度的干涉圖樣,提高光譜測量系統(tǒng)的分辨率。實驗系統(tǒng)總體設(shè)計思路：利用邁克爾遜干涉儀實現(xiàn)雙路干涉,獲得參考光和被測光的干涉圖,其中兩路干涉儀的動鏡固定在同一平移臺上,具有相同的動鏡平移量,因為參考光干涉光路是四次折疊的,所以參考光光路光程差的變化量是被測光光路光程差變化量的四倍。我們獲得干涉圖后,對參考光干涉圖進行光電轉(zhuǎn)換、信號放大和過零比較,獲得光程差定位脈沖信號,對被測光干涉圖進行光電轉(zhuǎn)換和信號放大,利用定位脈沖信號觸發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對被測光信號進行采樣,再經(jīng)傅里葉變換獲得被測光光譜曲線。相比于原實驗系統(tǒng),本實驗系統(tǒng)選用單縱模穩(wěn)定型He-Ne激光光源,改善了頻率穩(wěn)定性；添加標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)面包板,提高系統(tǒng)光路的準(zhǔn)直性；采用直流伺服電機代替交流伺服電機使平移臺的驅(qū)動方式由步進式變?yōu)檫B續(xù)式,降低平移臺振動造成的影響；優(yōu)化光電檢測、信號放大和過零比較電路,減小光電檢測單元誤差對光程差定位精度的影響。實驗結(jié)果表明,改進措施大幅度提高了光譜測量的精度和分辨率。實驗系統(tǒng)設(shè)計掃描長度可達8cm,理論精度應(yīng)約為0.063 cm-1實際精度光譜分辨僅為1.048cm-1,經(jīng)選段掃描同樣長度的掃描測量,獲得的He-Ne激光光譜測量曲線的分辨率是不同的,因而證明,本實驗系統(tǒng)所使用的光學(xué)平移臺的精度是影響進一步提高測量精度的主要原因。同時,本論文研究進行了雙光路折疊的傅里葉變換光譜測量方法的嘗試。參考光干涉光路進行了四次折疊,被測光光路進行了二次折疊,選用與上述實驗同樣的光學(xué)元件、光學(xué)平移臺、光電檢測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明,新設(shè)計的雙光路折疊測量系統(tǒng)在掃描同樣長度的情況下,提高了一倍的光譜分辨率,并且測量精度沒有明顯下降。由此表明,基于雙光路折疊技術(shù)的傅里葉變換光譜測量方法,是利用短程掃描距離的平移臺獲得更高光譜分辨率的有效方法。
【關(guān)鍵詞】：傅里葉變換光譜測量 邁克爾遜干涉 光束折疊
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O438.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-15
• 1.1 課題背景及意義11
• 1.2 傅里葉變換光譜測量可見光波段的歷史進展11-13
• 1.3 主要研究內(nèi)容與論文安排13-15
• 2 可見光波段傅里葉變換光譜分析理論基礎(chǔ)15-24
• 2.1 邁克爾遜干涉儀15-16
• 2.2 干涉儀中光的疊加原理16-19
• 2.2.1 光的波動性原理16-17
• 2.2.2 光的疊加原理17-19
• 2.3 傅里葉變換光譜儀性能19-23
• 2.3.1 光譜分辨率19-21
• 2.3.2 光通量21-22
• 2.3.3 信噪比22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 3 光譜測量系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試24-37
• 3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計25-26
• 3.2 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計26-34
• 3.2.1 光學(xué)系統(tǒng)原理26-29
• 3.2.2 光學(xué)系統(tǒng)安裝與調(diào)試29-34
• 3.3 電路系統(tǒng)34-36
• 3.3.1 光電轉(zhuǎn)換與信號放大電路34-35
• 3.3.2 過零比較電路35
• 3.3.3 平移臺控制電路35-36
• 3.3.4 DSP數(shù)據(jù)采集電路36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 4 干涉圖的采樣與處理37-41
• 4.1 干涉圖的采樣37
• 4.2 采樣數(shù)據(jù)的處理37-40
• 4.3 本章小結(jié)40-41
• 5 高分辨率可見光傅里葉變換光譜測量分析實驗與結(jié)果41-54
• 5.1 光束折疊光路系統(tǒng)41-49
• 5.1.1 干涉圖和其頻譜特性42-43
• 5.1.2 原實驗結(jié)果及分析43-46
• 5.1.3 系統(tǒng)改進后實驗結(jié)果及分析46-49
• 5.2 雙折疊光路實驗結(jié)果與分析49-52
• 5.3 本章小結(jié)52-54
• 6 工作總結(jié)與展望54-58
• 6.1 工作總結(jié)54-56
• 6.2 不足與展望56-58
• 參考文獻58-62
• 個人簡歷62
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文62-63
• 致謝63-64
• 附錄64-66

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本文編號：930935