线性渐变滤光片光谱分光特性及检测方法研究

线性渐变滤光片(LVF)被广泛应用于各种小型快速分光测试设备中。分光特性进行研究,给出了其分光特性的高斯函数表达式,分析了各个参数与线性渐变滤光片中心透过率、谱线宽度和线性渐变系数等特性的关系。将光谱成像仪标定的单色仪法引入线性渐变滤光片的分光特性检测中,讨论了检测系统的敏感性,并给出了相应的误差容限公式。分析表明单色仪出射狭缝相对光轴平移量,以及滤光片倾斜角度对检测精度影响最大,实际测量中可通过光路和系统机构的调整达到精度要求。构建检测系统完成了对成品线性渐变滤光片分光特性的检测,结果表明对中心透过率的测量均方根误差小于0.05%,验证了方法的精确性,普适性,检测结果可为线性渐变滤光片相关系统的设计和标定提供参数指导。

多光谱带通线性渐变滤光片的研制

线性渐变滤光片是一种特殊的滤光片,它的中心波长是随着在滤光片上位置的不同而变化的。采用离子束辅助沉积技术研制的线性渐变滤光片在0.4～1.1μm波段有10通道,平均透射率从77.5%增加到97.4%,在基板的中间任一位置只透过0.4～1.1μm内的一种特定波长的光。同时讨论了膜厚均匀性对线性渐变滤光片光谱性能的影响,计算表明镀制线性渐变滤光片时,在一定的配置下基片具有最佳的尺寸大小。

线性渐变滤光片透过率实时测量系统

为了能够在大动态范围内精确分析线性渐变滤光片的透过率，文中研制了一种基于虚拟仪器的全自动线性渐变滤光片透过率检测系统，采用相关检测技术，测量在大动态范围内滤光片的透过率．测量系统硬件部分由光源模块、样品操作控制模块和信号采集模块三部分组成，软件基于LABVIEW开发平台编制．该测量系统能够对渐变滤光片的透过率进行单点测量和多点扫描测量．单点重复性测量误差小于0．1％．扫描测量透过率动态范围可达0．001％～100％．

高色散系数线性渐变滤光片的研制

采用双离子束溅射物理沉积方法,通过修正线性渐变沉积速率制备了高透过率、高色散系数的线性渐变滤光片。在不同材料的膜厚修正过程中,通过匹配高低折射率材料的线性渐变趋势来减小两种材料的失配误差。利用微小光斑测试方法获得了线性渐变滤光片的线性渐变光谱数据,使用扫描电子显微镜表征了滤光片的表面形貌及微观结构。测试结果表明：制备的线性渐变滤光片各个位置的中心波长峰值透过率均达到85%以上,其工作波长为650~1 050nm,中心波长的线性变化率为20nm/mm,线性度误差在5nm以内,带外截止度在0.1%以下。制备的线性渐变滤光片不仅具有好的光谱特性,也具有良好的稳定性,完全满足滤光片在空间应用时对小型化、集成化和稳定性的需求。

基于线性渐变滤光片的成像光谱仪综述

基于线性渐变滤光片的成像光谱仪具有结构紧凑、小型化、空间分辨率高等特点,现己成为成像光谱仪的发展方向。首先介绍了线性渐变滤光片以及相应成像光谱仪的概念与原理,然后对其优势和适用领域进行了分析,最后归纳了国内外的相关发展情况,并指出了其良好的发展前景。

星载小型线性渐变滤光片型成像光谱仪设计

针对目前成像光谱仪在小卫星平台上的应用需求,设计了一种线性渐变滤光片型成像光谱仪。采用线性渐变滤光片作为分光器件,可实现结构小型化、缩短研发周期、减少研制成本,并能提高系统的空间分辨率、信噪比和可靠性。该方法适用于微纳卫星平台,因此具有良好的应用前景。通过总体设计确定了相关技术指标,并对其进行了分析和计算。在此基础上,对光学系统和分光系统的参数进行了设计。最后对系统的整体信噪比进行了分析。结果表明,该系统的成像性能优良,可满足观测需求,并达到了预期的设计目的,为下一步的系统实现提供了理论依据。

线性渐变滤光片的制备方法研究

提出了一种离子束刻蚀制备线性渐变滤光片(LVOF)的方法。离子束刻蚀过程中,通过在样片和离子束出射窗口之间加入开有三角形透射窗口的挡板以及样片水平方向多次来回运动完成楔形谐振腔层制备,配合离子束辅助反应电子束真空镀膜技术,完成线性渐变滤光片的制作。设计三组不同刻蚀次数的制作实验,制作出了工作波长为500~580 nm、线色散系数为1.03 nm·mm^(-1)的线性渐变滤光片。实验结果表明,通过调节样品台运动速率或者刻蚀次数,能够制备出具有预期楔角谐振腔层的线性渐变滤光片。

光通讯用低PDL线性渐变衰减滤光片

计算了渐变衰减滤光片的偏振相关损耗,分析了镀膜工艺对偏振相关损耗的影响,提出了降低偏振相关损耗的方法。采用线性迭代修正法和膜厚分布可调控制技术,提高了渐变衰减滤光片的线性度。制造出线性度小于5%、偏振相关损耗小于0.08dB的高性能渐变衰减滤光片。

集成线性渐变滤光片和InGaAs焦平面的微型光谱模组及其波长定标（英文）

提出一种集成线性渐变滤光片和InGaAs焦平面的微型近红外光谱模组.作为核心分光元件,线性渐变滤光片被紧密耦合在光敏芯片表面.相比于光栅分光方式,模组具有紧凑的光学结构和稳定的光学特性.对此光谱模组进行波长定标实验,并给出了标定准确性评价.实验结果表明,该光谱模组的波长范围为900~1 700nm,波长准确性优于1.3nm,光谱分辨率小于通道中心波长的1.25%.基于此光谱模组的波长定标方法准确、可行,可以被用于微型近红外仪等在线光谱分析领域.

线性渐变滤光片光谱特征参数测试方法

为了能够精确地测量线性渐变滤光片的光谱特征参数,提出一种线性渐变滤光片的透过率检测方法.该方法在测量时,用光谱仪分别采集滤光前和滤光后的光信号,计算得到测量点的光谱透过率.调节微动位移平台,对滤光片样品进行多点扫描测量,数据处理后,得到线性渐变滤光片的光谱特征参数.推导了测试光谱透过率的理论公式,仿真结果表明该方法的测量精度随着线性色散系数的增大而减小,在线性色散系数小于1.5nm·mm-1时,该方法测量的中心透过率和带宽的误差小于0.4%.根据该测量方法设计了相应的检测系统,实际测量了线性渐变滤光片的光谱特征参数.

线性渐变滤光片的制备与测试

线性渐变滤光片是一种在小型快速分光测试设备中广泛应用的光学薄膜器件。讨论了各种线性渐变滤光片的设计方法;给出了用离子辅助沉积(IAD)工艺制备线性渐变滤光片的膜厚修正方法;并分析了线性渐变滤光片光谱测试时,滤光片线性色散系数,测试光斑尺寸对其光谱特性的影响,给出了相应的测试方法和测试结果。

集成滤光片型近红外光谱组件的时空域性能改善研究

提出针对线性渐变滤光片型近红外光谱组件的时空域性能改善方法,并通过研制微型化512×2元InGaAs光谱组件,结合多帧数据融合算法完成了实验验证。光谱通道采用基于多次测量的两列相邻光敏元动态组合实现,相比单个大光敏元作为光谱通道,可以改善探测器盲元引起的不良影响。波长标定和测试结果表明,该光谱组件在线性渐变滤光片的分辨率限制下,可以有效减小相邻光谱通道间的波长间隔。

基于线性渐变分光微型近红外仪的西湖龙井真伪模型不适应性析因及修正研究

采用基于线性渐变滤光片分光原理的微型近红外光谱仪对2012年和2013年的西湖龙井和普通扁形茶建立真伪识别模型。分别对不同年份、不同保存期样品的近红外光谱数据进行PCA分解,并根据PCA得分分布的数学特征选取代表性样品,建立PLS-DA模型,从数学原理的角度对模型不适应性的原因加以分析,并对其进行修正,结合外部盲样的验证,有效地增强了模型适应性。研究结果表明,针对西湖龙井和普通扁形茶,采用不同年份样品近红外光谱数据共同建模可有效提高模型对不同年份样品的识别正确率;采用不同保存期样品近红外光谱数据建模结果表明,普通扁形茶在冷冻保存3个月后,理化性质发生了较大的变异,而西湖龙井的理化性质相对较为稳定。从光谱数据主成分特征的数学原理角度对不同年份以及不同保存期模型的适应性进行了研究,建立并验证了适合西湖龙井真伪识别的模型,有效提高了模型的预测准确度。不仅可为近红外光谱应用于农产品质量安全与品质分级方面提供一定的参考,而且对提高农产品近红外分级模型的预测准确度亦具有参考价值。

线性渐变滤光片型多光谱成像光谱仪设计

设计了一种基于线性渐变滤光片（LVF）的多光谱成像光谱仪。针对工作波段为600~1100 nm 的LVF，设计了一个宽光谱扫描型LVF 多光谱成像光谱仪的成像物镜，总长不超过85 mm，畸变小于0.01%，全视场各波段Nyquist频率下调制传递函数优于0.7，空间角分辨率可达1.02′。该多光谱成像光谱仪可以通过扫描和图像重构获得目标的准单色图像以及反射光谱。实验结果表明，该多光谱成像光谱仪的光谱分辨率与LVF 的光谱带宽相匹配，在600 nm处光谱分辨率可达9 nm。通过番茄成熟度辨别实验，验证了该多光谱成像光谱仪的成像性能。

可见光谱区线性渐变滤光片的制备、表征及退火

结合多靶磁控溅射镀膜方法和自制的一维位移挡板样品台制备了基于TiO_(2)和SiO_(2)的可见光谱区线性渐变滤光片(LVOF)。使用商用分光光度计和一维手动平移样品台对样品进行光谱表征。重点研究了退火温度和时间对LVOF透射光谱的影响。结果表明,LVOF样品的可工作光谱范围为510~700 nm,且样品上不同位置的透射光谱峰值与样品位置呈现出良好的线性关系。在300℃下进行1 h真空退火处理后,样品的透射率得到了显著提升,优于60%。这表明退火处理可显著提升LVOF的性能。

基于成像光谱仪的光亮度精确测量方法研究

为了快速精确测量平板显示器的光亮度,采用基于线性渐变滤光片的成像光谱仪进行了理论分析和实验验证,讨论了以线性渐变滤光片为核心的成像光谱仪的原理、结构及应用特点,建立了光源光亮度-输出灰度值的数学转换模型,以及基于LED积分球光源和分光光谱辐射亮度计的成像光谱仪光谱定标与辐射定标装置,得到了目标的光谱立方体数据,并计算出目标各点的绝对光谱功率分布曲线。结果表明,测量显示屏的相对示值误差小于3%,达到了国标光亮度测量所规定的一级测量精度要求,实现了对面光源光亮度的快速精确测量。该研究为优化显示器行业的质量控制和产品调控提供了有利参考。

圆形渐变滤光片光谱辐射计辐射定标

基于分区线性法对圆形渐变滤光片型光谱辐射计开展辐射定标研究,以解决温度范围大、工作波段宽的测量目标对该类型光谱辐射计造成的非线性问题。所提光谱辐射计的主要技术原理是将待测目标的温度区间分为多个子区间,采集目标温度区间内多个不同温度黑体对应的测量光谱,并计算各个温度下的响应度函数。在进行红外光谱测量时,将目标光谱与区间内记录的不同温度点光谱进行比对,从而确定待测目标所属温度子区间的上下限。根据子区间计算的响应度函数,通过线性插值求得待测目标的响应度函数并进行辐射定标。基于该方法的实验结果表明,待测目标理论辐亮度与使用分区线性法进行辐射定标得到的辐亮度在波长范围内的平均偏差小于1%。通过定标结果反演测量黑体的等效温度,等效温度误差小于2%。

空间光学薄膜技术

随着空间技术的快速发展,光学薄膜技术在我国空间技术中的应用越来越显著,应用领域也越来越广泛。本文概述了目前光学薄膜技术在我国空间技术领域的应用情况以及未来可能的应用领域。鉴于空间环境的特殊性,光学薄膜技术在空间的应用具有特殊的要求,总结了空间环境对于光学薄膜的特殊要求。最后,介绍了表面工程技术重点实验室近年来研究的各类空间用光学薄膜,包括红外滤光片、闪电探测用超窄带滤光片以及线性渐变滤光片等的研究情况及研究结果。

星模拟器多星等模拟方法研究

根据星模拟器对真实星等模拟的需求,结合星模拟器工作原理,优化设计了一种高成像质量星模拟器光学系统;建立了星等能量计算模型,实现了星等能量的理论计算;提出一种两片线性渐变密度滤光片组合的多星等模拟方案,实现了多星等能量的高精度连续调节;软件仿真结果验证-2~6等星星等模拟误差均小于±10%,满足真实星等的模拟要求,为星模拟器的真实星等模拟提供一种设计思路。

轻小型高分辨率星载高光谱成像光谱仪

在小型化成像光谱仪的研制和应用中,如何同时实现轻量化、高地面分辨率和高信噪比是目前亟待突破的技术难题。本文通过将线性渐变滤光片分光技术和数字域时间延迟积分技术相结合,并对镜头进行紧凑化处理,设计了一款工作波段为403~988 nm、平均光谱分辨率为8.9 nm、系统总质量为7 kg的轻小型星载高光谱成像光谱仪。仿真和实验结果表明,该高光谱成像仪能在500 km轨道上得到刈幅宽度为50.5 km、地面分辨率为10 m的高光谱图像,且图像信噪比良好。该成像光谱仪可为微纳卫星获得高分辨率的高光谱图像提供技术支持,推动了我国高光谱遥感探测技术的发展。