数字微镜近红外光谱仪光学系统设计与实验(英文)

针对传统光谱仪体积大、成本高、检测速度慢、需样品前处理等不足,提出了利用数字微镜面阵(DMD)实现光谱谱面分割分时选通的近红外光谱仪光学系统.首先,对比传统光路介绍单探测器微型光谱仪系统测量原理;然后结合DMD特性提出光路方案,根据几何光学原理进行初步光学元件选型和光路结构设计,利用ZEMAX光学软件对光路进行仿真,确定结构参数;最后,搭建实验平台,进行光路测试.实验结果表明:该系统光路尺寸为70mm×130mm,测量波段为(900～1 500nm),分辨率可达19nm;在能量损失较小的情况下,减小狭缝尺寸可提高光学分辨率,狭缝的极限尺寸为200μm;减小狭缝子午面高度可减小谱面内弯曲现象.本系统基本满足近红外分光,实现单点探测器光谱测量的要求.

MOEMS微镜面阵光谱仪的优化设计与实验

MOEMS(micro optical electronic mechanical system)微镜面阵光谱仪主要利用微镜面阵分时选通实现单个探测器光谱测量,具有无需斩波器实现脉冲信号输出,无需机械模板实现哈达吗调制,象元分辨率高,体积小,成本低等优点。针对MOEMS微镜面阵光谱仪设计中,狭缝尺寸与光通量之间的矛盾,本文系统深入的分析该光谱仪微型结构引入的新影响因素,获取最优值,实现光谱分辨率改进。首先,提出了衍射限制,空间采样率和谱面内弯曲对分辨率的影响,模拟仿真,获取最优参数。最后,搭建实验,进行测试。结果表明:微型光谱仪中,谱面内弯曲影响较小;衍射受限导致光谱分辨率无法进一步改善;空间采样率要求光谱光学分辨力至少是象元分辨力的两倍;综合评价的狭缝最优值为1.818μm,象元分辨力为2.278 6nm。

微型MOEMS阿达玛变换近红外光谱仪

提出一种运用微光机电系统（micro-opto-electro-mechanical systems,MOEMS）闪耀光栅,动态产生阿达玛变换模版的微型近红外光谱仪。它具有体积小、价格低、扫描速度快等突出优点。分析了这种新型近红外光谱仪的结构和工作原理,通过对MOEMS闪耀光栅编程,动态生成了63阶阿达玛模版。实验得到的光谱波形与岛津光谱仪测量结果吻合。检测波长范围为900-1 500 nm,分辨率为19 nm,单次扫描时间2.4s,信噪比为44.67∶1,光路尺寸为70 mm×130 mm,总体重量〈1 kg,符合实时、便携的要求。

数字微镜光谱仪的互补S编码矩阵的设计及实验

数字微镜光谱仪在应用中编码矩阵的选取至关重要。最佳的理论编码矩阵H矩阵存在非循环、编码复杂、双光路系统实现困难的问题而得不到广泛应用;而最佳实用S矩阵较H矩阵信噪比提高优势略逊。为此本文针对数字微镜光谱仪设计了一种互补S编码矩阵,介绍了其构造、实现过程以及对杂散光和暗电流噪声的削弱作用,通过对其噪声改善程度理论的分析,说明该算法结合了H矩阵与S矩阵的优点,达到了理论与实用的双优。经实验验证,该算法较S矩阵编码模板信噪比提高了2.05倍。

一种用于微型光谱仪的光栅光调制器件

提出了一种改进型的可应用于微型光谱仪的光栅光调制器(GLM),器件由可动光栅和底层反射层组成。通过静电驱动由多个GLM组成的线阵单元,下拉栅条至不同高度可实现对不同波长光进行开关选通调制。介绍了该器件的工作原理、结构和工艺流程,利用Coventor软件对器件进行建模。通过有限元分析了器件的机电耦合特性,得到了器件的吸合电压和响应频率,并得出不同结构参数对器件栅条平坦度的影响关系。仿真结果表明:通过增加栅条厚度,改进底电极结构,且采用减薄的折叠型支撑梁,能够有效改善光栅面平坦度,使其较好地实现对光的开关选通。