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微小型傅里叶变换光谱仪波前像差分析与光谱修正

Wavefront Aberration Analysis and Spectrum Correction of Microminiature Fourier Transform Spectrometer

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摘要

为了进一步实现傅里叶变换光谱仪的微小型化, 在基于多级微反射镜的傅里叶变换光谱仪结构中引入微透镜阵列, 利用微透镜阵列对由多级微反射镜调制的各级次的干涉光场单元进行同步收集。光场相位采用空间调制的方式, 因此系统的波前像差会导致各级次干涉光场单元的子波前产生不同程度的畸变。建立含有波前像差的光场与多级微反射镜和微透镜阵列相互作用的标量衍射理论模型, 计算表明波前像差会导致各级次干涉像点的强度产生不同程度的衰减, 同时在复原光谱中引入低频噪声。通过分析发现, 干涉像点强度的衰减是各干涉光场单元子波前像差的斯特列尔比调制的结果, 且复原光谱中的低频噪声主要源于斯特列尔比的傅里叶谱。根据波前像差对干涉图像的调制特点, 提出了一种利用波前像差的斯特列尔比对干涉光强进行修正的方法, 计算表明该方法可以使复原光谱的失真得到有效改善。

Abstract

In order to realize the microminiaturization of the Fourier transform spectrometer (FTS) further, the micro lens array is introduced to FTS based on stepped micro-mirrors, which is used to collect each interference optical field unit modulated by stepped micro-mirrors synchronously. Because of the spatial modulation mode, the system wavefront aberration causes the wavefront distortion of each interference optical field unit. The scalar diffraction model of the interaction between the optical field with wavefront aberration and the stepped micro-mirrors, and the micro lens array is built. By means of calculation, the wavefront aberration is found impairing the intensity of each point in interference image at different levels, and introducing the low-frequency spectrum noise to the recovered spectrum. The analyses show that the intensity attenuation of interference image points results from the intensity modulation by wavefront aberration Strehl ratio of each interference optical field unit, and the low-frequency spectrum noise is mainly from the Fourier spectrum of Strehl ratio. According to the modulation characteristic of the wavefront aberration on interferogram, a method that using the wavefront aberration Strehl ratio to correct the interferogram intensity is proposed. The results indicate that this method improves the distortion of the recovered spectrum effectively.

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补充资料

中图分类号:O433.1

DOI:10.3788/aos201838.0230001

所属栏目:光谱学

基金项目:国家自然科学基金(61627819, 61575193, 61376122,61727818,61735018)、吉林省科技发展计划(20150520101JH, 20150204072GX, 20150101049JC, 20170204077GX)、中国科学院青年创新促进会基金

收稿日期:2017-08-24

修改稿日期:2017-09-16

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吕金光: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
梁静秋: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
梁中翥: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
秦余欣: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

联系人作者:梁静秋(liangjq@ciomp.ac.cn)

备注:吕金光(1984-), 男, 博士, 副研究员, 主要从事微小光学系统设计与光学信息处理方面的研究。E-mail:jinguanglv@163.com

【1】Weng S F. Fourier transform infrared spectrometer[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2005: 34-56.
翁诗甫. 傅里叶变换红外光谱仪[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005: 34-56.

【2】Griffiths P R, de Haseth J A. Fourier transform infrared spectrometry[M]. New Jersey: John Wiley and Sons Publication, 2007: 19-41.

【3】Manzardo O. Micro-sized Fourier spectrometers[D]. Neuchatel: University of Neuchatel Institute of Microtechnique, 2002: 29-54.

【4】Manuilskiy A, Andersson H, Tungstrom G, et al. Compact multi channel optical Fourier spectrometer[C]. SPIE, 2006, 6395: 639504.

【5】Liang J Q, Liang Z Z, Lü J G, et al. Micro spatial modulation Fourier transform infrared spectrometer[J]. Chinese Optics, 2015, 8(2): 277-296.
梁静秋, 梁中翥, 吕金光, 等. 空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪研究[J]. 中国光学, 2015, 8(2): 277-296.

【6】Fu J G, Liang J Q, Liang Z Z. Analysis and design for the optical system of a static infrared Fourier transform spectrometer[J]. Acta Optica Sinica, 2012, 32(2): 0222006.
付建国, 梁静秋, 梁中翥. 一种静态傅里叶变换红外光谱仪的光学系统分析与设计[J]. 光学学报, 2012, 32(2): 0222006.

【7】Lü J G, Liang J Q, Liang Z Z, et al. Analysis and restraint of alignment error by stepped micro-mirror[J]. Acta Optica Sinica, 2016, 36(3): 0330003.
吕金光, 梁静秋, 梁中翥, 等. 多级微反射镜对准误差的分析与抑制[J]. 光学学报, 2016, 36(3): 0330003.

【8】Feng C, Wang B, Liang Z Z, et al. Miniaturization of step mirrors in a static Fourier transform spectrometer: Theory and simulation[J]. Journal of the Optical Society of America B, 2011, 28(1): 128-133.

【9】Lü J G, Liang J Q, Liang Z Z, et al. Optical field analysis and diffraction restraint of microminiature Fourier transform spectrometer[J]. Acta Optica Sinica, 2016, 36(11): 1130002.
吕金光, 梁静秋, 梁中翥, 等. 微小型傅里叶变换光谱仪光场分析与衍射抑制[J]. 光学学报, 2016, 36(11): 1130002.

【10】Lü N G. Fourier optics[M]. Beijing: China Machine Press, 2007: 89-90.
吕乃光. 傅里叶光学[M]. 北京: 机械工业出版社, 2007: 89-90.

【11】Feng C, Liang J Q, Liang Z Z. Spectrum constructing with nonuniform sample using least-squares approximation by cosine polynomials[J]. Applied Optics, 2011, 50(34): 6377-6383.

【12】Feng Y T, Sun J, Li Y, et al. Broad-band spatial heterodyne interferometric spectrometer[J]. Optics and Precision Engineering, 2015, 23(1): 48-55.
冯玉涛, 孙剑, 李勇, 等. 宽谱段空间外差干涉光谱仪[J]. 光学 精密工程, 2015, 23(1): 48-55.

【13】Mu T K, Zhang C M, Li Q W, et al. The polarization difference interference imaging spectrometer - I. concept, principle, and operation[J]. Acta Physica Sinica, 2014, 63(11): 110704.
穆廷魁, 张淳民, 李祺伟, 等. 差分偏振干涉成像光谱仪I. 概念原理与操作[J]. 物理学报, 2014, 63(11): 110704.

引用该论文

Lü Jinguang,Liang Jingqiu,Liang Zhongzhu,Qin Yuxin. Wavefront Aberration Analysis and Spectrum Correction of Microminiature Fourier Transform Spectrometer[J]. Acta Optica Sinica, 2018, 38(2): 0230001

吕金光,梁静秋,梁中翥,秦余欣. 微小型傅里叶变换光谱仪波前像差分析与光谱修正[J]. 光学学报, 2018, 38(2): 0230001

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