空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪研究

• 作者: 吕金光 梁中翥 梁静秋 王维彪 田超 秦余欣
• 来源期刊: 中国光学
• 学科: 物理学
• 关键词: 红外光谱仪 傅里叶变换红外光谱仪 微型 微光机电系统
• 年，卷（期）: 2015,（2）
• 所属期刊栏目: 自然科学基金项目进展
• 页码范围: 277-298
• 页数: 22页
• 分类号: O433.1
• 字数: 11460字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/CO.20150802.0277

摘要

针对目前环境、医疗、空间、气象、军事及安全等领域对傅里叶变换红外光谱仪微小型化、轻量化及固态化的迫切需求，提出并研究了一种以MOEMS多级微反射镜为核心器件的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪。在理论研究方面，建立了空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪的物理模型，探究了该系统的光场分割与空间采样的光学原理；分析了多级微反射镜的衍射效应，提出了一种通过补边抑制衍射噪声抑制方法；进行了多级微反射镜采样误差的分析，并提出了基于最小二乘拟合的修正算法；通过对光源空间相干性、准直系统像差以及入射光场均匀性的分析，确定了光学系统的总体设计指标；通过对多级微反射镜基片加工精度、分束器材料色散特性和膜层透射效率等的计算分析，确定了干涉系统的设计方法与技术参数。在核心技术方面，提出了两个多级微反射镜的3种制作方法，分析了制作误差的来源及对系统性能的影响。通过工艺设计及实验条件探索，分别采用电铸法、真空镀膜法以及斜面倾角叠片法制作了两个多级微反射镜。在系统设计方面，进行了红外准直与缩束系统的光学设计，对整体光机系统进行了建模仿真，分析了杂散光噪声的来源。在图谱处理方面，利用过零采样方式，通过图像分割算法，获取了干涉图采样序列；通过对干涉图序列的插值、补零、延拓与卷积方法，完成了光谱相位误差的校正；通过离散傅里叶变换解调，实现了由干涉图像到信号光谱的数据反演。最后研究了系统光机整体的集成组装技术，并对原理样机进行了实验测试。本文研制的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪的特点在于：取消了动镜驱动机构与采样控制机构，具有微小型与轻量化的特点；干涉图的采样由多级微反射镜完成，其空间采样的方式增加了系统的稳定性与可靠性，实时采样的特点增加了系统的快速性与有效性；多级微反射镜阵列采用MOEMS工艺技术制作，增加了系统的采样精度。该光谱仪系统的结构及制作方法具有自主知识产权，并具有广阔的应用前景。

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	梁中翥	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室	50	225	8.0	12.0
2	梁静秋	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室	66	389	11.0	17.0
3	吕金光	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室	23	67	5.0	8.0
4	秦余欣	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室	18	47	4.0	6.0
5	田超	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室	13	59	5.0	7.0