移相式泰曼-格林红外干涉仪及应用

研究了移相式红外泰曼 格林干涉仪,研制出光机电算一体化的仪器,仪器孔径为Φ30mm。编制了计算机软件,用于干涉图波面的拟合与红外光学系统成像质量的评价,所编软件与国际上同类软件的计算精度相当。介绍了红外干涉仪的多种应用:评价红外光学系统的像质,检测光学件精磨表面粗糙度、光盘基片面形的平整度。结果表明,仪器干涉系统光学质量优于λ/25,扩展不确定度优于λ/130,重复性优于λ/200(λ=10.6μm)。

红外干涉光谱仪非均匀性在线校正与仿真（英文）

由于红外干涉成像光谱仪结构的特殊性,其非均匀性在线定标与校正是工程上一直没有得到有效解决的技术难题。通过对光谱仪结构的深入分析,对空间调制红外干涉光谱仪研究出了一种有效的非均匀性在线定标与校正方法,并建立了相应的仿真模型,实验结果表明算法是正确的和有效的。研究成果为星载空间调制红外干涉成像光谱仪非均匀性的在轨定标与校正奠定了良好的技术基础。

移相式泰曼-格林红外干涉仪调试技术

叙述了自行研制的移相式泰曼-格林红外干涉仪的工作原理。针对红外光不可见的特点,利用可见光和红外光的共光路调试技术,解决了精确定位红外光路的难题,设计出一套红外干涉仪的调整方案。分别对平面镜、精磨粗糙平面和精磨粗糙球面的面形进行了测试,并使用四步移相算法还原被测波面,给出了结果数据和二维等值图、三维立体图;所测平面镜和精磨粗糙平面的面形偏差为0.077λ(PV),精磨粗糙球面面形偏差为0.520λ(PV)(λ=10.6μm)。结果表明:仪器干涉系统光学质量优于λ/25,重复性优于λ/200,(λ=10.6μm)。

使用红外干涉仪测量非球面面形

提出用红外干涉仪在长波工作(λ=10.6μm)的优点检测非球面面形。首先,通过移相算法,使用泰曼型红外干涉仪测量出非球面与标准拟合球面之间的波像差;然后,根据非球面的矢高方程计算出非球面与标准拟合球面之间波像差的理论值,通过比较这两个值,计算出非球面的面形偏差。实验结果表明,使用红外干涉仪测量的非球面与标准拟合球面之间的波像差为8.64μm(PV),与理论波像差(8.11μm)比较接近,测得非球面面形偏差为1.20μm(PV)。为了验证这一方法的准确性,使用计算全息图(CGH)作为补偿镜在可见光干涉仪上测量了同一块非球面,两者测量结果比较吻合。结果表明,此方法有比较强的通用性,可以用于非球面在加工过程中的测试。

使用红外干涉仪测量红外材料折射率

使用自行研制的泰曼型红外干涉仪测量红外材料的折射率.在干涉仪的测试臂中加一个旋转台,将被测件放在旋转台上旋转,在旋转过程中经过被测件的光程发生改变,导致干涉条纹发生移动,通过测量条纹的移动数和被测件的旋转角度来计算出被测件的折射率.测量结果显示,25°C时在10.6μm波段处锗单晶的折射率为4.003,硫系玻璃锗砷硒(GeAsSe)的折射率为2.494.折射率测量的误差在10-3量级,增加被测件的厚度会进一步提高折射率的测量准确度,待测红外材料的折射率越低,测量准确度越高.

一种计算远红外干涉仪相位差的数值方法

一、引言 远红外(FJR)激光干涉仪广泛用于等离子体电子密度测量。探测光束通过等离子体产生相移,参考光束不通过等离子体,两道信号由TGS热释电探测器分别接收,两者的相位差就是被测物理量,它与线电子密度成正比。目前,国内外此类干涉仪都用模拟或数字电路的相位计过零比较信号相位差。这种硬件相位计性能指标不稳定,制作费用昂贵。我们提出一种数值方法,通过软件计算相位差,这种方法可提高信号的时间分辨率。

空间用太阳电池红外干涉截止滤光技术研究

对太阳电池红外干涉截止滤光技术进行了研究。根据玻璃盖片透射率和反射率对电池性能的影响,提出了一种[LMHML]膜系红外截止滤光片设计构型。对制备的滤光片性能进行了测试,结果表明：采用该滤光技术可使硅太阳电池在轨工作温度降低5~10℃,输出功率增加1.4%~3.3%。

离子束增强沉积Si_3N_4/Si多层红外干涉滤波薄膜

利用离子束增强沉积工艺，在硅基片上制备Si3N4／Si多层红外干涉滤波薄膜结果表明，N2+N的辅助轰击对于合成接近化学配比的Si3N4薄膜起了关键作用薄膜的折射率可达1.74～1.

卢瑟福背散射谱和红外干涉反射谱研究冷注入锗离子对单晶硅的损伤

主要研究锗离子在77 K温度下的冷注入对单晶硅片表面的预非晶化效果,并与室温注入情形予以对比。卢瑟福背散射谱(RBS)和红外干涉反射谱被用于对非晶层的研究。实验表明,冷注入要比室温注入的退沟道效应更为显著,反射率降低更为明显,意味着引入的损伤更为严重,更容易使硅单晶非晶化。而且,冷注入产生的最大损伤峰比室温注入的位于更深的位置,相应的非晶层/硅单晶衬底界面有更深的推入。结果还表明,同样的注入温度下,剂量越大,损伤越严重。

热释电摄象管在红外干涉系统中的应用

介绍一种较好的红外干涉图检测方法，即用热释电摄象管探测红外干涉图的方法，给出热释电摄象管的特性及工作原理，以及在红外干涉系统中应用的结果。

半导体双波长透射式红外干涉仪的研制及应用

采用635nm波长半导体可见光激光和10.5μm波长半导体红外激光作为干涉光源,设计了635nm和10.5μm双波段共光路透射式红外干涉仪,实现了可见光波段干涉测试与红外光波段干涉测试共光路,且双光路共用可见光对准。双波段共用机械式相移系统,并采用635nm测试光分段驻点标定10.5μm测试时相移器的长行程误差。研制的双波长红外干涉仪系统的红外测试精度达到PV优于0.05λ,RMS优于0.02λ,系统重复性RMS优于0.001λ。采用该干涉仪测试口径为400mm×400mm,离轴量为800mm的离轴非球面,得到边缘最大偏差值为21.9μm,能够实现大口径离轴非球面从粗磨到精磨高精度加工面形的全过程干涉测试。

斐索式红外干涉仪研制和测试技术研究

研制了斐索式红外干涉仪,口径为120mm,配置F/1,F/4标准球面锗透镜,用于检测红外非球面透镜的非球面面形和波像差质量。干涉仪中采用两个红外探测器分别形成对点、测试两路成像光路,并配合光栅尺,实时监测标准镜和被测件的方位,解决了红外光不可见性带来的测试中装夹调整的困难。采用在线标定的方法,实现了大伸长量移相器的标定。使用干涉仪检测了红外非球面透镜的质量,并标定了系统误差。检测结果表明,干涉仪的测量精度均方根(RMS)值优于0.01λ,测量重复性RMS优于0.002λ。

基于红外光干涉技术的微纳结构内部三维形貌测量

基于红外光在半导体材料中的透射特性,将白光扫描干涉方法从可见光波段推广到红外光波段。设计研制了Linnik结构红外光干涉系统,对具有三层台阶结构的微器件进行了无损三维形貌测试。实验结果表明,采用红外光对半导体材料微纳结构透射后的反射干涉技术,可以准确实现微纳结构内部三维形貌测量。可实现百nm量级台阶高度的准确透射测试,纵向测量误差控制在5%以内。该方法可广泛应用于半导体微纳器件结构测量技术领域,实现半导体器件封装后的内部形貌测试、键合界面质量评估以及在线工艺检测等。

光楔分光中波红外Fizeau型干涉仪光学系统设计

针对中波红外波段胶合立方型分束镜分光局限的问题,本文提出基于光楔分光的中波红外Fizeau干涉仪光学设计方案。在3.39μm工作波长下,为降低干涉系统回程误差,提升测量准确度,采用了两次反射折叠准直光路结构,既保证良好的准直波前,同时优化设计光楔兼顾干涉成像波前。设计采用ZnSe、CaF_(2)材料,干涉仪准直镜为单片平凸非球面结构,成像镜由双分离式球面镜构成,经蒙特卡罗模拟公差分析,准直镜0.1°视场内准直波前PV优于λ/4,归一化出射孔径内角像差优于3.01×10^(−5)rad;干涉成像光路归一化视场成像波前PV优于λ/5,在25 lp/mm处MTF值优于0.38,干涉系统最大成像畸变优于0.11%;在标准面0°视场放置,被测表面倾斜0.05°内干涉系统回程误差小于λ/50。基于光楔分光的中波红外Fizeau干涉仪为中波红外干涉仪光学系统设计提供了新的思路。

近红外多普勒差分干涉仪稳定性结构研究

针对现有结构无法满足大尺寸差分干涉仪稳定性固定,以星载近红外差分干涉仪稳定性结构为研究目标,优化选择光学材料实现实体差分干涉仪的热补偿,提高了光学元件温度稳定性;以支撑结构的最大结构应力和光机粘接面处最大剪切应力小于许用应力为优化目标,建立数学模型,优化设计支撑结构参数,调节组件基频,提高了组件的力学稳定性。有限元分析支撑结构最大应力65.56 MPa,小于材料的抗拉强度,光机粘接面最大剪切应力3.4 MPa;环境温度变化5℃,分光棱镜面形RMS最大变化量1.671 nm,热应力带来的干涉图畸变可忽略。力学振动试验前后,光学测试干涉条纹频率(50个条纹数)未发生变化,差分干涉仪结构满足星载力学环境条件。该方法也适用于棱镜式干涉仪稳定性支撑结构。

EAST装置上远红外激光干涉仪密度测量的改进

三道远红外激光干涉仪被用来测量EAST托卡马克装置中的弦平均电子密度。干涉仪装置中需要探测器具有高灵敏度、信噪比高、体积小及工作状态稳定等性质。采用肖特基势垒二极管探测器代替原有的热释电探测器(TGS)可以使HCN信号的信噪比大大改善。在EAST放电过程中,低杂波加热会干扰探测器接收到的信号,使用双层铜箔屏蔽和加窄带通滤波等方法可以有效防止低杂波对信号的干扰。改进后的探测器已经有效测出长脉冲放电和H模放电中等离子弦平均密度。

星载干涉红外光谱仪能量分析与计算

星载干涉红外光谱仪的能量特性如系统信噪比、系统灵敏度等对仪器的性能起着决定性作用;在设备研制前对光谱仪系统的能量特性进行有效的分析与计算是非常必要的。从红外辐射基本定律及其应用要求着手,建立了星载干涉红外光谱仪能量辐射计算模型,推导出了有效的能量估算方法和公式,并结合所从事的实际项目给出了仿真结果与结论。光谱仪的信噪比和灵敏度受干涉仪效率、F数、工作帧频、探测器等各种参数的共同影响,仪器优化设计应综合考虑各参数的影响。

EAST远红外激光干涉仪与密度爬升实验研究

利用EAST装置单道远红外HCN激光干涉仪测量了等离子体中心道(R=1.82m)线平均电子密度。通过充气加料连续提升主等离子体密度,首次在EAST装置上观察到偏滤器等离子体的三种不同状态:低再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较高,密度较低),高再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较低,密度较高)和脱靶(偏滤器靶板处等离子体温度和密度都很低)等离子体状态。分析了EAST偏滤器在这三种不同状态下的物理现象。

红外高光谱干涉仪辐射定标误差敏感性因子的仿真分析

鉴于对高精度高时空分辨率大气探测资料日益增长的科研和业务需求,我国正大力发展星载红外高光谱探测系统。星载红外高光谱干涉仪光机结构复杂,仪器状态会显著影响其定标精度。本文通过理论分析和仿真实验,分别讨论了内黑体发射率、低温黑体发射率、内黑体与环境温度差、非线性系数以及直流电压演算等误差敏感性因子影响辐射定标精度的特征。分析表明定标辐射偏差的绝对值与内黑体/低温黑体发射率呈线性关系,且与内黑体与环境温度差、非线性系数、直流电压呈正相关;提高内黑体发射率和低温黑体发射率到0.985以上、控制内黑体与环境温度差在0.6 K左右、控制干涉仪的非线性效应系数低于0.04,这些方案均是实现0.1 K辐射定标精度的必要条件;辐射定标参数对定标辐射的影响特征结合地面真空实验的定标参数估计,可以迭代得到已测得和未知的定标参数的最优估计,从而提高定标精度。本文的研究结果对于红外高光谱干涉仪的参数设计以及辐射定标误差来源的识别和订正有着十分重要的意义。

法布里干涉近红外光谱仪定量测定大豆、玉米主要成分

采用Axsun近红外光谱仪采集40个大豆样品、46个玉米样品的近红外光谱,采用PLS算法分别建立大豆粗蛋白质、脂肪含量的定量校正模型和玉米粗蛋白质、脂肪、淀粉含量的定量校正模型。结果表明,大豆粗蛋白质、脂肪定量校正模型的模型维数分别为6、5,决定系数(R^2)分别为97.94%、93.66%,校正均方根误差(RMSEC)分别为0.40、0.36.交互验证均方根误差(RMSECV)分别为0.49、0.44,相对预测性能(RPD)分别为5.18、3.15;玉米粗蛋白质、脂肪和淀粉含量的定量校正模型的模型维数分别为4、4和6,R^2分别为90.15%、95.22%和87.81%,RMSEC分别为0.25、0.12和0.53.RMSECV分别为0.37、0.15和0.72,RPD分别为2.57、3.57和2.42。F检验表明,上述校正模型的预测值与化学值具有极显著的相关关系。研究结果表明,该仪器可以用于大豆、玉米主要成分定量现场快速测定。