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线性渐变滤光片光学特性测试方法研究

线性渐变滤光片光学特性测试方法研究

作者：吴林蔚华中科技大学

学位级别：硕士

随着光电信息技术的发展,成像光谱技术在航空航天、工业检测及人们的日常生活中的应用不断深入。分光元件是成像光谱仪的关键元件之一,其性能直接影响成像光谱仪的主要技术指标。以线性渐变滤光片作为分光元件的成像光谱仪结构简单、集... 详细信息

随着光电信息技术的发展,成像光谱技术在航空航天、工业检测及人们的日常生活中的应用不断深入。分光元件是成像光谱仪的关键元件之一,其性能直接影响成像光谱仪的主要技术指标。以线性渐变滤光片作为分光元件的成像光谱仪结构简单、集成度高且体积小,具有很好的应用前景。但在线性渐变滤光片制作过程中由于工艺的不确定性以及使用过程中环境因素的影响,使得线性渐变滤光片的光谱特性发生变化。因此,测量线性渐变滤光片光谱特性对其研制及后续的应用都至关重要。本文在大量检索国内外相关文献的基础上,详细介绍了线性渐变滤光片的分光原理,以线性渐变滤光片在成像光谱仪中的应用为目的,确定了需要测量的线性渐变滤光片光谱特性参数。设计了利用光纤光谱仪测量线性渐变滤光片光谱透过率曲线的实验方案,并分析了光束光斑面积对测量结果的影响。对现有的线性渐变滤光片光谱透过率曲线的近似拟合函数改进,使用分段函数拟合光谱透过率曲线,提高拟合度,获得更精确的峰值透过率、半波宽、线性渐变系数等光谱特性参数。在垂直于波长变化的方向上,分别使用光纤光谱仪和图像传感器实验测量线性渐变滤光片该方向上不同位置的中心波长及峰值透过率,并对其非均匀性进行了分析。理论研究了入射光以顺楔角及逆楔角倾斜入射的情况下,线性渐变滤光片的光谱特性随入射角的变化规律。搭建了实验装置,测量了不同入射角下线性渐变滤光片的光谱透过率曲线,分析光谱透过率曲线的中心波长和半波宽参数随入射角的变化,为后续的实际应用提供依据。

关键词：线性渐变滤光片光谱透过率非均匀性视场角楔角

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线性渐变滤光片光谱特征参数测试方法

光子学报 2017年第11期46卷 99-105页

作者：王世丰袁艳苏丽娟安达北京航空航天大学精密光机电一体化教育部重点实验室北京100191

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... 详细信息

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.

关键词：线性渐变滤光片光谱透过率光谱特征参数检测方法线性色散系数

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基于线性渐变滤光片型水果成熟度光谱仪研发

基于线性渐变滤光片型水果成熟度光谱仪研发

作者：兰建峰西安工业大学

学位级别：硕士

水果是人类日常生活中不可或缺的食物。水果的成熟度不仅影响水果自身口感品质,而且在运输、售卖过程中会产生巨大经济成本。因此检测水果成熟度具有巨大的市场价值。而利用光谱分析技术进行快速、无损检测是最佳检测手段。但是国内目... 详细信息

水果是人类日常生活中不可或缺的食物。水果的成熟度不仅影响水果自身口感品质,而且在运输、售卖过程中会产生巨大经济成本。因此检测水果成熟度具有巨大的市场价值。而利用光谱分析技术进行快速、无损检测是最佳检测手段。但是国内目前缺乏专门对果质光谱分析仪器的研究,并且目前大多光谱仪存在体积大、处理数据能力弱等缺点,因此本文设计出一种基于线性渐变滤光片、微型化、便捷化、处理数据能力强的光谱仪原理样机,并利用所研制仪器用于水果成熟度研究分析,获得较高识别率。主要完成的工作如下:1)深入了解线性渐变滤光片分光特性及成像原理,设计出一种基于线性渐变滤光片型结构简单、紧凑的光谱成像系统,并且通过仿真计算确定了相应的光学参数。在光学结构基础上,设计完成光谱采集系统软硬件电路开发。实现了一种光学结构简单、数据处理能力强、可无线实时传输数据的光谱成像系统设计。2)在光学结构和软硬件电路设计基础上,完成了基于线性渐变滤光片的光谱成像系统光路调试和搭建,为验证光谱成像系统的准确性与重复使用性,进行定标实验。通过对所搭建的光谱成像系统进行实验室系统定标,获取了光谱分辨率、中心波长等系统光谱响应参数,通过去噪和反射率校正法对高光谱数据完成了预处理。3)利用研制好的光谱仪原理样机,以香蕉作为实验样品,采集样品数据,获取光谱曲线,又对光谱曲线进行多元散射矫正(MSC)、一阶导数、平滑处理(SG)、标准正态变量变换(SNV)处理分别与BP神经网络算法、LIBSVM向量机算法相结合建立成熟度判别模型,同时对这四种不同光谱曲线处理方法通过竞争自适应重加权采样法(CARS)进行特征波长提取,利用交叉验证法建立判别香蕉成熟度的不同模型,进一步提高模型准确率。良好的成熟度预测结果表明,所研发的光谱仪原理样机在水果成熟度分析方面具有可行性和应用前景。综上所述,本文实现了一种光学结构简单、便于实现微型化、数据处理能力强、可进行无线实时传输数据的多功能光谱仪原理样机设计,并通过该仪器进行水果成熟度建模分析,可获得良好的成熟度预测结果。

关键词：线性渐变滤光片便捷式光谱仪无损检测水果成熟度

可见光谱区线性渐变滤光片的制备、表征及退火

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激光与光电子学进展 2022年第23期59卷 248-254页

作者：倪康胡二涛王敏王静李安康林一波韦玮南京邮电大学电子与光学工程学院江苏南京210023 南京邮电大学通达学院基础教学部江苏扬州225127

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... 详细信息

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。

关键词：光学器件线性渐变滤光片磁控溅射透射率退火

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基于线性渐变滤光片的微型近红外光谱仪设计

基于线性渐变滤光片的微型近红外光谱仪设计

作者：王禛中国计量大学

学位级别：硕士

经过近半个世纪的发展,红外光谱技术已经广泛应用于食品、药品、生物诊断、农业、纺织、炼油与化工等行业的分析检测。物质中的某些分子会选择吸收某些特殊波长的红外线,而引起分子中相应振动能级和转动能级的跃迁,因而通过对红外光谱... 详细信息

经过近半个世纪的发展,红外光谱技术已经广泛应用于食品、药品、生物诊断、农业、纺织、炼油与化工等行业的分析检测。物质中的某些分子会选择吸收某些特殊波长的红外线,而引起分子中相应振动能级和转动能级的跃迁,因而通过对红外光谱的检测可以了解物质的组成信息。为了满足红外光谱检测要求,不同类型的红外光谱仪相继被研制及应用,这些光谱仪是进行红外检测的基础。目前,随着红外光谱检测需求的不断拓展,红外光谱仪的小型化、专用化和成本控制成为红外光谱仪发展的趋势。传统类型的红外光谱仪光路较为复杂,且常带有活动部件,因而对机械加工精度的要求很高,同时光路中的光学元器件价格也较贵,这些因素都使得红外光谱仪的价格昂贵而系统的稳定性、可靠性和工作环境适应性偏弱。线性渐变滤光片是一种新型的分光器件,具有体积小、低成本的特点,同时利用其制备的光谱仪具有全固态结构,没有活动部件,可靠性高。因此,为了满足红外光谱仪小型化和低成本的需求,线性渐变滤光片型近红外光谱仪是一种可行的方案,但相对于传统的光栅光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪,线性渐变滤光片近红外光谱仪的研究和应用还较少。本研究的主要内容是设计一种基于线性渐变滤光片的近红外光谱仪,并在制药生产线上对其性能进行实际测试。此外,在该设计的基础上对线性渐变滤光片近红外光谱仪做进一步的改进,利用单像素探测器代替昂贵的线阵铟镓砷传感器,进一步降低光谱仪的成本;同时引入反卷积算法对近红外光谱数据进行处理,并通过实验对改进后的光谱仪性能进行验证。本文的主要研究内容如下:1、基于线性渐变滤光片和线阵铟镓砷传感器的近红外光谱仪光机结构设计:使用Lighttools软件进行该光谱仪的照明光路优化设计,使投射在线性渐变滤光片上的待测光光强分布尽可能均匀。使用Solid Works和Auto CAD软件对该光谱仪的机械结构进行设计,使光谱仪机械结构满足简单可靠、方便组装调试的要求。通过设计实验和制药生产线实际测试对该光谱仪的性能进行了测试,对测试中出现的问题进行改进;2、设计并搭建了基于光纤扫描和线性渐变滤光片的近红外光谱仪:该设计引入了压电陶瓷管光纤悬臂梁,对线性渐变滤光片实现连续的一维扫描,结合光学设计实现了基于线性渐变滤光片和单像素探测器的近红外光谱仪。并通过实验对该光谱仪的性能进行了验证;3、研究了提高线性渐变滤光片近红外光谱仪波长分辨率的方法:在光学系统搭建方面,通过将两片线性渐变滤光片交错叠加来实现波长分辨率的提高。在近红外光谱数据处理方面,通过引入黄金反卷积算法实现波长分辨率的提高,并通过实验对这两种方法经行了验证。

关键词：微型近红外光谱仪线性渐变滤光片近红外光谱反卷积算法

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线性渐变滤光片型多光谱成像光谱仪设计

激光与光电子学进展 2016年第1期53卷 241-247页

作者：王颖巩岩中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

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.... 详细信息

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。

关键词：光谱学多光谱成像光谱仪光学设计线性渐变滤光片

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）

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光子学报 2018年第5期47卷 199-204页

作者：王绪泉黄松垒于月华叶捷敏邵秀梅方家熊中国科学院上海技术物理研究所传感技术联合国家重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083

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... 详细信息

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.

关键词：光谱学 InGaAs 焦平面线性渐变滤光片波长定标

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线性渐变滤光片透过率实时测量系统

西安工业大学学报 2009年第6期29卷 515-518页

作者：刘卫国孙鑫高爱华王越西安工业大学光电微系统研究所西安710032

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... 详细信息

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％．

关键词：线性渐变滤光片透过率虚拟仪器相关检测

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高色散系数线性渐变滤光片的研制

光学精密工程 2015年第5期23卷 1221-1226页

作者：张建高劲松李玉东中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

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... 详细信息

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。

关键词：线性渐变滤光片双离子束溅射色散透过率膜厚修正