一种新型的空间外差光谱仪平场校正方法

丁毅; 罗海燕; 施海亮; 李志伟; 韩云飞; 熊伟

doi:doi:10.3788/AOS202040.1930002

光学学报, 2020, 40 (19): 1930002, 网络出版: 2020-09-19

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New Flat-Field Correction Method for Spatial Heterodyne Spectrometer

丁毅 ^1,2,3罗海燕 ^1,2,3,*施海亮 ^1,2,3李志伟 ^1,3韩云飞 ^1,2,3熊伟 ^1,2,3

作者单位

¹ 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽合肥 230031

² 中国科学技术大学, 安徽合肥 230026

³ 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽合肥 230031

图 & 表

图 1. 空间外差光谱仪。(a)光路图;(b)一体化干涉仪组件

Fig. 1. Spatial heterodyne spectrometer. (a) Schematic of optical path; (b) monolithic SHS interferometer

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图 2. 不同输入波长下空间干涉强度在色散方向上的变化

Fig. 2. Variation of interference intensity in the direction of dispersion at different wavelengths

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图 3. 波数与调制度的关系

Fig. 3. Relationship between wavenumber and modulation

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图 4. 仿真计算结果

Fig. 4. Simulation results

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图 5. 平场校正滤光片的光谱透过率曲线

Fig. 5. Transmittance curve of the flat-field correction filter

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图 6. 实验平台布局

Fig. 6. Layout of experimental breadboard

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图 7. 系统的相对照明曲线(选取工作特征波长为1575 nm,平场校正特征波长为1500 nm)

Fig. 7. Relative illumination curve of the system(selected characteristic wavelengths of the interference working filter and flat-field filter are 1575 nm and 1500 nm, respectively)

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图 8. 实验结果。(a)平场干涉图;(b)工作波段干涉图

Fig. 8. Experimental results. (a) Interferogram of flat-field filter; (b) interferogram of working filter

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图 9. 单行平场实验数据和工作波段干涉数据的对比

Fig. 9. Comparison between single-row flat-field data and interference data

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图 10. 平场校正效果的对比。(a)平场校正前的干涉图;(b)平场校正后的干涉图

Fig. 10. Comparison of flat-field correction effect. (a) Interferogram before flat-field correction; (b) interferogram after flat-field correction

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图 11. 平场校正前后单行干涉数据的对比

Fig. 11. Comparison of single-row interference data before and after flat-field correction

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图 12. 平场校正对复原光谱的影响

Fig. 12. Effect of flat-field correction on recovery spectrum

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表 1CO₂空间外差光谱仪的主要技术参数

Table1. Main parameters of CO₂spatial heterodyne spectrometer

Parameter	Value
Littrow wavelength /μm (Wave number /cm^-1)	1.567(6381.6)
Spectral range /nm(Wave number /cm^-1)	1568--1583(6317--6377)
Grating density /(line·mm^-1)	250
Spectral resolution /nm	0.1
Magnification of imaging system	-0.317∶1
Grating size /cm	3.134
Pixel size-20 μm	640×512

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表 2平场校正效果

Table2. Effects of flat-field correction

Parameter	Before flat-field correction	After flat-field correction
${\bar{r}}_{SNR}$	35.1	75.7
Relative intensity of high-frequency /%	10.0	1.6
Fixed frequency noise	Non-corrected	Corrected

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丁毅, 罗海燕, 施海亮, 李志伟, 韩云飞, 熊伟. 一种新型的空间外差光谱仪平场校正方法[J]. 光学学报, 2020, 40(19): 1930002. Yi Ding, Haiyan Luo, Hailiang Shi, Zhiwei Li, Yunfei Han, Wei Xiong. New Flat-Field Correction Method for Spatial Heterodyne Spectrometer[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(19): 1930002.

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图 1. 空间外差光谱仪。(a)光路图;(b)一体化干涉仪组件

Fig. 1. Spatial heterodyne spectrometer. (a) Schematic of optical path; (b) monolithic SHS interferometer

图 2. 不同输入波长下空间干涉强度在色散方向上的变化

Fig. 2. Variation of interference intensity in the direction of dispersion at different wavelengths

图 3. 波数与调制度的关系

Fig. 3. Relationship between wavenumber and modulation

图 4. 仿真计算结果

Fig. 4. Simulation results

图 5. 平场校正滤光片的光谱透过率曲线

Fig. 5. Transmittance curve of the flat-field correction filter

图 6. 实验平台布局

Fig. 6. Layout of experimental breadboard

图 7. 系统的相对照明曲线(选取工作特征波长为1575 nm,平场校正特征波长为1500 nm)

Fig. 7. Relative illumination curve of the system(selected characteristic wavelengths of the interference working filter and flat-field filter are 1575 nm and 1500 nm, respectively)

图 8. 实验结果。(a)平场干涉图;(b)工作波段干涉图

Fig. 8. Experimental results. (a) Interferogram of flat-field filter; (b) interferogram of working filter

图 9. 单行平场实验数据和工作波段干涉数据的对比

Fig. 9. Comparison between single-row flat-field data and interference data

图 10. 平场校正效果的对比。(a)平场校正前的干涉图;(b)平场校正后的干涉图

Fig. 10. Comparison of flat-field correction effect. (a) Interferogram before flat-field correction; (b) interferogram after flat-field correction

图 11. 平场校正前后单行干涉数据的对比

Fig. 11. Comparison of single-row interference data before and after flat-field correction

图 12. 平场校正对复原光谱的影响

Fig. 12. Effect of flat-field correction on recovery spectrum

表 1CO₂空间外差光谱仪的主要技术参数

Table1. Main parameters of CO₂spatial heterodyne spectrometer

表 2平场校正效果

Table2. Effects of flat-field correction

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图 1. 空间外差光谱仪。(a)光路图;(b)一体化干涉仪组件

Fig. 1. Spatial heterodyne spectrometer. (a) Schematic of optical path; (b) monolithic SHS interferometer

图 2. 不同输入波长下空间干涉强度在色散方向上的变化

Fig. 2. Variation of interference intensity in the direction of dispersion at different wavelengths

图 3. 波数与调制度的关系

Fig. 3. Relationship between wavenumber and modulation

图 4. 仿真计算结果

Fig. 4. Simulation results

图 5. 平场校正滤光片的光谱透过率曲线

Fig. 5. Transmittance curve of the flat-field correction filter

图 6. 实验平台布局

Fig. 6. Layout of experimental breadboard

图 7. 系统的相对照明曲线(选取工作特征波长为1575 nm,平场校正特征波长为1500 nm)

Fig. 7. Relative illumination curve of the system(selected characteristic wavelengths of the interference working filter and flat-field filter are 1575 nm and 1500 nm, respectively)

图 8. 实验结果。(a)平场干涉图;(b)工作波段干涉图

Fig. 8. Experimental results. (a) Interferogram of flat-field filter; (b) interferogram of working filter

图 9. 单行平场实验数据和工作波段干涉数据的对比

Fig. 9. Comparison between single-row flat-field data and interference data

图 10. 平场校正效果的对比。(a)平场校正前的干涉图;(b)平场校正后的干涉图

Fig. 10. Comparison of flat-field correction effect. (a) Interferogram before flat-field correction; (b) interferogram after flat-field correction

图 11. 平场校正前后单行干涉数据的对比

Fig. 11. Comparison of single-row interference data before and after flat-field correction

图 12. 平场校正对复原光谱的影响

Fig. 12. Effect of flat-field correction on recovery spectrum

表 1CO2空间外差光谱仪的主要技术参数

Table1. Main parameters of CO2 spatial heterodyne spectrometer

表 2平场校正效果

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