扫频多波长光源在近红外光谱仪中的应用

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随着近红外光谱分析技术的迅速发展,近红外光谱仪成为各国研究的又一个热点。本文着重研究了近红外光谱仪的分辨率问题,并提出使用扫频多波长光源提高近红外光谱仪分辨率的方法:利用同一像素点记录同一波长移频前后的光强,再将所有像素点不同时刻记录的光强按照波长顺序排列,可以实现高分辨率探测,理论探测精度达到0.08pm,远高于目前商用光谱仪分辨率10pm,具有重要的科学意义和应用价值。为了验证该方法的正确性,本文开发了一款用于1520-1570nm范围、分辨率为0.03nm的近红外光纤光谱仪,主要工作包括:1)根据光谱仪设计理论,介绍了基于扫频多波长光源的近红外光谱仪系统原理与光路结构。给出FP激光器、准直透镜、光栅、会聚透镜和线阵InGaAs探测器的参数设计,并完成系统的搭建工作。2)通过对半导体激光器理论的研究,探讨FP激光器的输出特性:功率特性、温度特性;然后使用激光电流源及温度控制器实现了对FP激光器输出多波长的精密移频,得到波长向长波长方向移动大小随注入电流变化的关系为0.003nm/mA。本文测得FP激光器的相邻波长间隔为0.33nm,并选用每次移频0.03nm的方案进行记录数据采集。3)使用搭建的近红外光谱仪系统测量了FBG反射谱以及滤波器的滤波光谱。测量中解调FBG温度传感系统精度达到0.03nm,最小可分辨2.4°C的温度变化,比在相同结构下的近红外光谱仪的分辨率提高了11倍;测量滤波器滤波光谱时,使用256像素探测器得到的采样点个数由256个增加到2816个,提高了采样点个数与探测分辨率。实验结果表明扫频多波长光源可以有效提高光谱仪分辨率,为光谱仪的发展进行了有益的探索。
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