空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪研究
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。
红外光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、微型、微光机电系统
O433.1(光学)
国家自然科学基金资助项目61027010
2015-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
共22页
277-298
