傅立叶变换可见光谱测量的方法研究与系统设计

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傅立叶变换光谱测量具有高通量、多通道、高光谱定标精确度及宽光谱测量范围等优点,在红外和近红外波段逐渐取代了分光式光谱法,广泛应用于原子与分子物理学、分析化学、光谱学等各个学科领域。本文通过获取高精度的干涉图光程差定位采样间隔和提高平台系统扫描的平稳性,将傅立叶变换光谱测量方法推广到可见光波段。  本文所采用的傅立叶变换可见光谱测量方法是采用由角锥棱镜实现的He-Ne光束四次折叠技术,获得高分辨率He-Ne激光干涉条纹,从而转换成高分辨率的参考光干涉图等光程差定位脉冲;同时采用两路干涉光路技术将被测光干涉光路与光束四次折叠的He-Ne激光干涉光路背靠背同轴对称安装,以保证两者的光程差同步变化。在可见光范围,利用获得的高分辨率、高精度的参考光干涉图等光程差间隔定位脉冲对被测光干涉图进行采样,才能满足奈奎斯特采样定律。该方法的优点在于低成本前提下获得高分辨率He-Ne激光干涉条纹,从而获得高精度的光程差定位脉冲,实现低成本、较高分辨率和精度的可见光谱测量。  本文所采用的系统设计包括光学系统、干涉图数据采样硬件系统采和光谱图分析界面软件系统。光学系统负责搭建两路干涉仪,分别是光束四次折叠的He-Ne激光干涉光路即参考光干涉仪和普通迈克尔逊干涉光路即被测光干涉仪。采样脉冲是由参考光干涉仪动镜扫描产生的He-Ne激光干涉条纹经过零比较获得。精确等光程差定位间隔的干涉图采样是傅立叶变换光谱测量方法获得高分辨率和高精度光谱的必要条件。四次折叠定位方法的理论最短波长分辨极限是158.2nm,测量波长范围约为350-1000nm的可见光波段。系统设计是采用虚拟仪器结合软硬件完成的,干涉图硬件系统是由光电转换设计、过零比较设计、DSP数据采样设计和PCI接口设计组成;光谱图分析界面软件系统主要分为采样操作界面和结果分析界面两部分。  本论文在研究了傅立叶变换可见光谱测量方法和完成了系统设计的基础上,完成了光谱测量等实验低成本、高分辨率地实现了可见光谱测量系统。
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