轻型傅里叶变换光谱仪干涉系统研究

CIOMP OpenIR

	轻型傅里叶变换光谱仪干涉系统研究
	张敏
学位类型	博士
导师	梁静秋
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	傅里叶变换红外光谱仪低阶梯多级微反射镜轻型分束器复原光谱
摘要	傅里叶变换红外光谱仪具有高通量、多通道、波数示数精确、杂散光低以及重复性好的优点,在食品监测、气体检测、炸弹探测、矿产勘探、航天任务、医疗诊断、海洋探索、质量和过程控制等方面具有广泛的应用。轻型傅里叶变换红外光谱仪通过两个多级微反射镜实现光程差的空间离散和干涉图的静态二维采样,通过引入轻型分束器有效降低了系统的体积和重量,实现干涉系统的轻量化。因此,该系统具有结构紧凑简单、性能稳定、重复性好、轻量化等优点。本文主要开展了轻型傅里叶变换红外光谱仪干涉系统的研究工作,主要研究内容如下:(1)对低阶梯多级微反射镜进行了设计及制作技术研究。提出了厚度依次减半的多层膜沉积方法,制作低阶梯多级微反射镜。制定了工艺流程,进行了关键技术研究,成功制作出32级低阶梯多级微反射镜。测试结果表明,粗糙度为1.72nm,平均阶梯高度为626.9nm,满足系统的要求。为提高系统的光谱分辨率,提出了采用湿法腐蚀方法制作128级低阶梯多级微反射镜,并进行了实验探索。(2)分析研究了多级微反射镜的面型误差对复原光谱的影响。建立了阶梯弯曲模型,采用ASAP软件对实验数据进行模拟仿真,得到阶梯形变量与复原光谱之间的关系。结果表明,低阶梯多级反射镜的阶梯形变会导致光谱曲线的退化、峰位漂移和光谱曲线展宽,并且在形变量相同的情况下,短波长的光谱漂移比长波要严重。提出增加基底厚度的方法来减小形变,实验表明,随着基底厚度的增加,光谱曲线漂移现象减轻,噪声减弱。当基底厚度为5mm时,光谱曲线漂移量可忽略且无双峰现象。(3)对多级微反射镜的高度误差进行了分析研究。作为该光谱仪的核心光学器件,多级微反射镜阶梯高度的一致性和结构精度是决定采样间隔和噪声等仪器指标的主要因素。采用Monte Carlo方法分析了阶梯高度误差对光谱复原的影响,提出了两种阶梯高度误差校正方法,分别为通过修正因子来减小膜厚监控误差,和利用最小二乘余弦多项式算法对光谱采样的非均匀性进行校正。校正后的复原光谱误差(SCE)降低为2.34%,满足系统对光谱复原的要求。(4)开展了轻型分束器的设计及实验研究。提出了栅格分束器和栅条分束器两种轻型分束器结构,解决了传统分束器体积、重量过大的难题,实现了干涉系统的轻型化和微小型化。进行了两种分束器的材料选择、工艺研究和结构参数设计,采用各向异性湿法腐蚀方法制作出高精度的栅格分束器和栅条分束器。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61678
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	张敏. 轻型傅里叶变换光谱仪干涉系统研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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