反射转镜式干涉光谱仪光程差非线性修正方法比较_论文

第3 卷, 6 0 第 期  20 10年 6月       光 谱 学 与 光 谱 分 析  V 1 ON . ,p681 8  o 3 , o 6pJ7—62 . J n ,2 1   u e 00 S e to cp   n   p crlAn lss p cr so y a dS e ta  ay i  反射 转镜 式 干涉 光谱 仪 光程 差 非线性 修 正方 法 比较  景娟娟  , 周锦 松弘 ,相里斌。 ,吕群波。 ,魏儒义  1 .中国科学院光谱成像技术重点实验室,中国科学 院西安光学精密机械研究所 ,陕西 西安 2 .中 国科 学 院研 究 生 院 ,北京 10 4  009 7 0 9 11   1 3 .中国科学院光电研究 院, 北京 10 9  010 摘 要 介 绍了反射转镜式干涉光谱仪的原理 。 镜的转 动会导致光程 差存在 非线性 问题 , 转 是转 镜式干 涉  光谱仪普遍 存在 的问题 。由于光程差 的非线性会导致反演光谱的严重失真 ,因此需要对其进行 修正处理 。对  非线性修正问题 ,目前常用的有光程 差替换法 、干涉 图二次采样 法和 N F UF T法 。实验结果 证明 ,N F   UF T 法和光程差替换法运算精度较高 , 相对偏差优 于 0 1  , . 3 NUF " FI法精度又略高于光程差替换法 ; 在运行效  率上 , NUF T法运行速度最快 , F 其次为光程差替换法 。由于干涉 图本身是 一个剧 变信号 ( 特别 是在零光程  差附近) 不适合进行多项式拟合 , 以干涉 图二次采样法运算 精度最低 ,另外 ,由于 干涉图二 次采 样法需  , 所 要做分段拟合运算 , 以运行效率也最低 , 所 从而可以认为 NU F F T方法是 目前最适用于反射 转镜式 干涉光谱  仪非线性采样误差修正的方法 。   关键词 光谱仪 ;反射转镜 ; 光程差 ; 非线性采样  文 献 标识 码 :   A D I 0 36 /.sn 10 —5 3 2 1 )61 7—5 O :1. 9 4ji .0 00 9 (0 0 0 —6 80  s 中图分类号 : TH7 4 1 4 .  多数系统都具有光程 差和 时间 的非 线性关 系[ ] 5 。如果不 对  。 引  言  传统直线运动型时间调制干涉光谱仪主要是基 于迈克尔  逊干涉仪原 理 , 靠 动镜 的往 复运 动产 生连 续变 化 的光程  依 差 , 探 测 器 上 得 到 按 照 时 间展 开 的 目标 干 涉 图_ ,为 克 服  在 1 ] 干涉数据的非线性进行分 析与修正 , 将会对反演光谱产 生很  大的影响。   本文详细介绍 了可用 于非线性修正 的几种 常用方法 , 并  对它们的优 缺点进行 了分析 ,指出了适宜 进行反射转镜式干  涉光谱仪非线性采样误差修正 的方法是 NUF T。 F   直线动镜干涉光谱仪 动镜 高精度 直线 驱动技 术难 题 ,Wa — d  s rh 于 2 wot[   O世纪 9 o年代提 出透射转镜式干涉光谱技术 ,   从此 , 基于旋转镜的时问调制 型干涉光谱技术成 为一种新 的  研究方向。Grfh l 提 出反射转 镜式 干涉 光谱技 术 ,克服  ii s4 ft ] 了传统直线 动镜式干涉光谱技术和透射转镜式 干涉光谱技术  的诸多不足 , 具有结 构简单 、 需辅助 光路 、能量利用 率和  无 1 反射转镜式 干涉光谱仪及光程差非线性    反射转 镜式 干涉光谱仪依靠倾斜反射镜的旋转使两束光  产生变化的光程差 , 得到随时间变化 的干涉谱 , 演得到被  反 探 测 目标 的光谱信息 , 仪器原理如图 1 所示 , 文献E ] 4描述 了  其 具体 的工作过程 。   探测器接收 的干涉光强随反射转镜的转动而变化 , 探测  器 采集 到的是按时 间调制 的干涉谱 , 其数学表达式为  r   光谱分 辨率高 、 测量 速度快 、 定性和 实时性好 等优点 ,其  稳 主要解决思路是改变直线运动的精 密动 镜为旋转反射镜 。光  程差的扫描方式不依靠反射镜 的直线移 动完成 ,而是 依靠旋  转反射镜 的转动完成 。   在反射转镜式干涉光谱仪中 , 倾斜旋转反射镜是 匀速旋  转的, 探测器的采样一般也是等时 间间隔的 ,由于光程差 的  非线性使得最终获得 的干涉数据 中存 在非线性采 样 的问题 。   在 依靠转镜 的旋转产生光程差的时间调 制干涉光谱仪 中,大  收 稿 日期 :2 0 —51 。 订 日期 :20 —82  0 90  0 修 0 90—0 Jz ( )一 I ve p iax)x  B()x (2v d   J    uI () 1   式 中 j ) ( 是干涉强度随时 间的分布 ,B   是 入射光谱  () 分 布 , 代表波数 ,复原光谱 由干涉谱的逆傅里 叶变换得 到,     其 光谱分辨率 由最大光程差决定 。   基金项 目:国家 自然科学基金项 目( 0 00 3 和国家重点基础研究发展计划项 目(0 9 B 2 0 5 资助  4851) 20C 740) 作者简介:景娟娟,女 ,1 7 99年生 ,中国科学院西安光 学精密机械研究所助理研究员  *通 讯联 系人   emal jzo @ O ta. n - i sh u p.c c  : emal j gunun p. cc  - i i jaja @o ta.r :n l 第 6 期  光谱学与光谱分析  17  69 Bv ()一 I Jz e p一 iax)x   ( ) x ( 2v d   一 瓦  1 () 2  . Iz 中的光程 差 .变化是非均匀 的, () 2 7 而余弦项和微分项中的  2是均匀变化的 ,即 如 或 △ 7

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