切趾函数光纤布拉格光栅的光谱特性研究

均匀光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的反射谱存在旁瓣干扰,对波长解调过程会产生一定干扰,从而对传感测量结果造成一定误差。在FBG中引入切趾函数能够解决这一问题,有效抑制旁瓣。通过对切趾函数FBG耦合模理论的分析,获得了光栅参数变化对切趾FBG反射谱的作用情况。仿真实验结果表明,加入切趾函数会对FBG反射谱的旁瓣数量及大小起到明显抑制作用,反射率、中心波长、半高宽度及检测精度等反射谱特性的变化情况会受到光栅参数的影响。

干涉成像光谱仪切趾函数对复原光谱的影响分析

随着搭载干涉成像光谱仪HJY20-1-A的我国环境与减灾遥感卫星HJ-1A即将发射,我国干涉光谱成像研究也从实验室开始走向实用化.在干涉光谱成像过程中,切趾函数处理是干涉成像光谱仪光谱复原过程中的一个重要环节,对复原光谱的精度有着极其重要的影响.根据HJY20-1-A的参数设置,文中首先模拟了24种典型地物对应于HJY20-1-A和其它最大光程差设置的干涉成像光谱仪数据,在不同切趾函数作用下的复原光谱,结果表明Hann ing函数是其中最有效、最为稳定的切趾函数,同时发现切趾函数的应用虽然可以提高复原光谱的精度,但与真实光谱仍存在一定差距,尤其对应HJY20-1-A,复原光谱的精度更加有限.在以上分析基础上,提出了基于仪器线型函数标准化的光谱复原改进算法,实验结果证实了该方法可以显著提高复原光谱精度,尤其适用于最大光程差较小的空间调制型干涉成像光谱仪.最后,就HJY20-1-A复原光谱对3种典型植被指数求解,进一步证明了该方法的有效性.

啁啾和切趾函数可调的光纤光栅的扫描写入法

使用均匀相位模板和 2 4 4nm倍频氩离子连续激光器 ,采用扫描写入法 ,制作了啁啾和切趾函数可调的光纤光栅。扫描器由微机控制 ,通过软件编程可动态调整扫描速度及曝光量 ,操作简便、调整的灵活余地大。已在载氢的标准单模光纤上制作出了具有高反射率、高边模抑制比、平顶和不同带宽要求的光纤光栅。

超光谱空间干涉数据切趾函数与信噪比关系研究

干涉光谱技术在大气遥感、天文探测及地物勘察等诸多领域的应用是当前国内外研究热点,光谱重构作为遥感数据处理的重要环节与探测精度紧密相关。干涉数据由于有限光程差采样导致复原光谱出现频率泄露,切趾函数在光谱重构过程中可以起到平滑光谱、保持复原光谱和其他类型分光技术探测光谱一致性的作用,但同时会造成重构光谱的分辨率下降。已有研究表明切趾函数并没有提高反演精度,同时多个典型大气遥感载荷地面数据处理过程中并未使用切趾函数。空间外差光谱技术由于其诸多优点在国内外引起广泛关注,中科院安光所基于该技术成功研究出用于大气CO2探测的原理样机。信噪比是光谱仪的核心指标之一,从信噪比、光谱分辨率和探测精度之间的关系出发研究切趾函数在干涉数据光谱重构中的影响。针对当前传统切趾函数并没有达到最优旁瓣抑制效果,以诺顿-比尔切趾函数为基础,在分辨率降低相同的情况下,获取最大的旁瓣抑制程度为判据构造了10种不同光谱展宽程度的切趾函数。利用SCIATRAN辐射传输模型分析了大气CO2遥感探测中不同气体浓度造成的大气层顶的辐亮度差异,推导了典型条件下不同光谱分辨率满足1%探测精度需求的信噪比要求。以实验室空间外差光谱仪样机参数为基础,通过仿真干涉数据和本文构造切趾函数分析了不同切趾程度下光谱分辨率和信噪比的变化关系。最后利用实验室研制的样机开展了实验验证,通过观测稳定均匀积分球辐射源获取干涉数据在不切趾的情况下计算信噪比,以及干涉数据进行不同程度切趾后复原光谱信噪比。仿真和试验结果表明干涉数据由于切趾对噪声的抑制信噪比逐渐升高,同时造成光谱分辨率逐渐下降,而探测精度由于分辨率下降对光谱信噪比的要求也逐渐升高。探测精度对信噪比的需求提高明显高于切趾作用下光谱信噪比的升高趋势,仿真数据和实测数据信噪比分别在切趾程度大于1.6倍和1.8倍的情况下低于探测精度对仪器信噪比需求,即白噪声在噪声中占主导的情况下不切趾更有利于探测精度的保障。该研究结果可以作为干涉数据光谱重构的参考。

傅里叶变换光谱学中切趾函数对相位校正的影响

研究了傅里叶变换光谱学中采用不同切趾函数对相位校正的影响,进行了模拟数据计算和实验光谱研究。理论分析和实验结果表明:采用Mertz相位校正法,不同切趾函数对校正结果影响很小;但采用Forman相位校正法时,不同切趾函数对校正结果的影响明显不同。Formsn法时余弦函数的校正效果最佳,Happ-Genzel函数次之,而市售仪器中常用的三角形切趾函数效果不好。

基于改进切趾函数的Fourier光谱仪光谱复原效果的提高

为校正Blackman Harris切趾函数在Fourier变换光谱仪切趾处理过程中主瓣宽度过宽的缺点,提出了一种改进的Blackman Harris切趾函数。首先介绍了干涉图切趾的基本原理,然后增加可调参数m,引入Chebyshev函数对Blackman Harris切趾函数进行改进,并通过幅频响应曲线对比了改进前后2种切趾函数的性能;最后利用Matlab仿真分析改进的切趾函数与几种典型函数的光谱复原效果。仿真结果表明,改进的切趾函数不仅在主瓣宽度特性上有所提高,而且旁瓣衰减可调节,工程使用更加灵活。

切趾函数对PEM-FTS复原光谱的影响

在弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)中,切趾函数处理是弹光调制傅里叶变换光谱仪光谱复原过程中一个重要环节,对复原光谱的精度有重要影响。本文分析了对PEM-FTS干涉数据进行切趾的原因,以671nm激光器为光源通过PEM-FTS系统产生单色光干涉数据,并分析了不同切趾函数对该干涉数据复原光谱的影响,实验结果表明,Blackman窗是其中最为有效、稳定的切趾函数。采用TMS320C6713DSP芯片对干涉信号进行切趾与光谱复原,可保证PEM-FTS对数据处理的高速性要求。

一种过零单边干涉图加权切趾函数对太阳观测中傅里叶变换光谱的影响分析

傅里叶变换光谱仪(FTS)因其出色的光谱分辨率而广泛用于太阳活动的观测。在使用过零单边干涉图进行光谱复原时,可能会出现频率泄漏、旁瓣效应以及对零光程差附近的采样数据重复利用,从而导致光谱线的平滑和畸变等问题。为了获得更准确的太阳光谱数据,必须对过零单边干涉图进行加权和切趾操作。对此,文章采用了一种奇次多项式非对称加权切趾函数来处理过零单边干涉图,并探讨了使用不同的切趾函数构建非对称加权切趾函数进行光谱恢复的效果。模拟数据实验的结果表明采用奇次多项式非对称加权切趾函数可以有效地恢复光谱。此外,与Griffiths、相里斌以及SP.Davis提出的加权切趾方法相比,文章中提出的方法表现出较小的误差。最后,将所提出的方法应用于Bruker IFS-125HR FTS采集的干涉图数据,与其他切趾方法相比,使用文中提出的方法可以有效地恢复光谱。

光纤光栅最佳切趾函数的研究

采用耦合模理论 ,给出了用传输矩阵法计算光纤 Bragg光栅 (FBG)特性的方法 ,进而得到了在不同切趾函数形式下的 FBG反射谱的数值解。通过理论分析 。

用改进的Chebyshev函数提高干涉图切趾效果

针对Chebyshev切趾函数在低旁瓣衰减时功率泄漏率高以及旁瓣衰减的等波动性问题,提出了一种改进的Chebyshev切趾函数。首先通过仿真分析指出Chebyshev切趾函数在光谱复原中存在的缺陷;然后选取Blackman-Harris函数对其进行改进,并与改进前进行了对比分析;最后,用该函数对单色光干涉图进行切趾处理并仿真验证,仿真结果表明,改进后Chebyshev切趾函数能够较好地克服功率泄露率高及旁瓣衰减等波动性的问题,其应用能力也更加灵活。

基于零阶贝塞尔函数加权的三角窗切趾函数

傅里叶变换是干涉图分析处理的常用方法,由于截断效应,对样本数据直接进行傅里叶变换时会发生频谱泄漏,常采用加切趾函数的方法减小泄漏。首先分析多种常见切趾函数的性能,研究切趾函数主瓣宽度与旁瓣衰减对频谱泄漏的影响;在此基础上,提出一种基于零阶贝塞尔函数加权的三角窗切趾函数,对三角窗函数加权,使其旁瓣衰减加快。实验结果表明:采用提出的改进的三角窗切趾函数能有效抑制频谱泄漏;相比于三角窗,改进的三角窗切趾函数平均峰-峰值信噪比提升了4.9%,方均根值信噪比提升了3.5%,优于常见窗中最优的布莱克曼窗。改进的三角窗切趾函数的主瓣宽度为0.043π,与汉宁窗接近,具有较高的频率分辨率。

啁瞅光纤光栅的传输特性与切趾变迹研究

从麦克斯韦电磁理论导出的耦合模方程出发,应用研究非均匀光纤光栅的传输矩阵法数值研究了啁啾光栅前向波的能量传输、反射谱和时延特性,进而分析比较光纤光栅切趾变迹对反射和时延的影响以及在色散管理方面的应用。通过研究找出了一种余弦切趾函数的光纤光栅,从其特性分析可知这种变迹可以应用在波分复用/解复用、多通道的色散补偿、多通道滤波器等方面。

傅里叶光谱仪中的切趾和分辨本领

本文研究了傅里叶光谱仪中切趾对分辨本领的影响。计算表明,切趾不一定导致分辨本领的下降。选择性能优良的切趾函数,甚至可使切趾后的分辨本领高于未经切趾的分辨本领。为分辨两条靠得很近、强度相差甚大的谱线提供了一种方法。

基于时延纹波和带宽均衡的啁啾FBG切趾选择

文章提出一种新颖的切趾选择方法用以简化啁啾光纤布拉格光栅(C-FBG)的切趾选择。该方法基于光栅切趾后带宽会和群时延纹波(GDR)一起减少的矛盾,指出能使光栅带宽变化量尽可能小和群时延纹波减少量尽可能大的切趾即是最佳切趾。利用该方法,数值实验对比了五种常见切趾函数的切趾效果,并考察了光栅长度、周期、啁啾和折射率变化量对切趾效果的影响。结果表明:余弦、双曲正切和柯西三种函数切趾效果优于高斯和汗明函数;而光栅长度、啁啾和折射率变化量等三种光栅参数会对切趾效果产生明显影响,这种影响可以作为光栅参数选择的依据。

基于波片棱镜组合能量调节的切趾光纤光栅

为提高飞秒激光制备高反射率FBG(Fiber Bragg Grating)的边模抑制比,提出了一种基于组合二分之一波片和格兰棱镜调节激光能量的加工方法,制备出了高反射率和高边模抑制比的切趾光纤光栅。通过上位机输入切趾函数模型,实时精确调节步进电机速度,机械旋转二分之一波片位置,实现激光能量沿光纤方向呈切趾函数分布,从而在光纤纤芯中折射率调制区域呈切趾函数分布,获得参数可调的切趾光纤光栅。实验表明,该方法制备的切趾光栅在1550 nm处反射率可达70%,边模抑制比超过20 dB,半高峰宽度0.35 nm。对其温度和应力传感特性研究显示,其温度灵敏度为1.529×10^-2nm/K,应力灵敏度为1.61 nm/N。该种方法制备的高反射率切趾光纤光栅有望应用于大功率、窄线宽的光纤激光器以及高速精确传感解调系统中。

切趾光纤光栅的切趾深度分析

主要从平均色散、插入损耗、群时延波动(group delay ripple)的幅度和周期随切趾深度的变化等方面,分析了切趾线性啁啾光纤光栅的切趾深度对其特性的影响。并以补偿100km、光纤色散系数Df为17ps/nm·km(1550nm处)的标准单模光纤的色散为例,定量地分析了切趾深度对光纤光栅特性的影响,获得了切趾深度的最优化值。

基于强度调制的偏振光谱测量技术

针对现阶段强度调制偏振光谱测量技术在光程差域内不同通道间存在频谱信息串扰的不足,采用加窗插值傅里叶变换法,研究了不同切趾函数对强度调制偏振光谱测量技术的影响。首先,进行强度调制偏振光谱测量技术理论分析,完成强度调制模块的设计;其次,根据强度调制模块的设计指标,模拟入射光的光强信息及采用不同切趾函数的信息解调复原过程;最终,对强度调制偏振光谱测量系统进行仿真,根据仿真模型结合高分辨率光谱仪、平行光管等器件完成偏振光谱测量装置的搭建,进行偏振光谱测量实验。研究结果表明,偏振光谱测量系统设计指标选择合适的切趾函数可以减少光强信息截断过程中造成的频谱能量泄露,使光程差域内不同通道之间的串扰信息减少、偏振光谱复原精度提高,不同切趾函数切趾处理后线偏振光的偏振度最小误差由0.0768减小到0.0014,偏振度接近1。

大模场啁啾光纤光栅的光谱特性(英文)

将一种矩阵算法拓展应用于数值求解多模耦合模微分方程,并使用该矩阵算法对大模场啁啾光纤光栅的光谱特性进行了理论研究。结果表明,大模场多模光纤光栅因模式的自耦合和互耦合而使反射谱存在多个反射峰,这与单模光纤光栅的反射谱不同。由于光栅周期存在啁啾,大模场光纤光栅的反射峰分裂,且峰值反射率减小。使用高斯切趾函数可使反射峰分裂在一定程度上得到改善。

傅里叶变换实时红外光谱复原的FPGA实现

为实时获取战场激光、大气污染物气体、毒气等待测物光谱信息的光谱复原,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的实时光谱采集分析系统。该系统选用迈克尔逊干涉具和碲镉汞探测器获取待测光谱信息,将采集到的数据传入FPGA。利用硬件描述语言VerilogHDL在Xilinx FPGA芯片上依据傅里叶变换(FFT)实现干涉条纹到光谱数据的实时处理。实验结果表明,FPGA实际计算1 024点基2-FFT频谱分布信息与Matlab理论计算结果相同,可满足实时光谱探测的要求。

取样光纤Bragg光栅特性的数值模拟分析

文章应用传输矩阵法对取样光纤布拉格光栅(SFBG)的反射谱进行了数值模拟,并分析了折射率调制幅度、占空比、取样周期和光栅长度等光栅参数对其反射谱的影响,在此基础上用切趾函数对其进行旁瓣干扰处理,得到了较为理想的8通道SFBG反射谱。