1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室， 上海 200093
为了提高高端探测器的利用率与增强拉曼光谱仪同时对不同物质检测的适用性，将多个波长激发的拉曼光谱仪集成设计成为一个光谱仪，将具有重要的应用价值。提出了一种基于CT结构双波长（532nm和785nm）激发的双通道拉曼光谱仪设计方法。所采用的这种设计方法基于探测器的工作特点为实现双光路结构同时工作创造了条件，从而最大程度的增加了光谱测量范围，同时该方法也实现了对探测器的有效感光面像元的充分利用并且最大程度地实现了高光谱分辨率。优化结果表明对于532nm的激发波长，分辨率为5cm-1、光谱范围达到80~4200cm-1；对于785nm的激发波长，分辨率为3cm-1、光谱范围达到200~2300cm-1。
双激发波长 双光路光谱仪 拉曼光谱仪 集成设计 光谱仪光路设计 dual excitation wavelength dual optical path spectrometer raman spectrometer integration design spectrometer light path design
1 中国科学院电子学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
报道了一种采用双路高速伺服电机驱动光栅选线的方式, 实现9~11 μm CO2激光快速调谐输出。双光路谱线切换时间小于100 μs, 单光路谱线切换时间小于50 ms。激光器输出谱线达70条, 其中9P(20)、9P(28)单脉冲输出能量大于100 mJ, 9R(30)、9P(40)单脉冲能量大于90 mJ, 激光脉冲宽度小于100 ns,重复频率为20 Hz。
CO2 激光器 快速调谐 双光路 CO2 laser rapidly tuning dual optical path 红外与激光工程
2020, 49(1): 0105001
1 中国科学院国家天文台太阳活动重点实验室, 北京 100101
2 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
地平式天文望远镜在跟踪观测过程中,因方位轴与地球自转轴不重合及库徳光路中的折轴反射镜在望远镜跟踪过程中相对转动,会引入物方及像方视场旋转。传统的消旋K镜可以消除视场旋转,但会带来较大的仪器偏振,不利于望远镜实现高精度偏振测量。无偏消旋镜由5块反射镜组成,通过优化设计可以保证在消除像旋的同时减小仪器偏振,但其不规则的结构设计使装调过程面临新的挑战。针对无偏消旋镜提出双光路自准直装调方案,基于MATLAB仿真分析了镜面误差及光轴偏差对装调结果的影响,并对无偏消旋镜进行实验室装调及偏振检测。结果表明:无偏消旋镜经装调后倾斜误差可控制在15 arcsec以内,其仪器偏振明显低于传统K镜。
测量 偏振测量 无偏消旋镜 装调方案 双光路 天文望远镜
1 成都信息工程大学电子工程学院, 四川 成都 610225
2 中国气象局大气探测重点开放实验室, 四川 成都 610225
同源双光路能见度仪是一种基于数字摄像法的能见度仪,其光源和光路系统会直接影响能见度的反演结果。针对系统中因光源和分光系统不稳定造成的反演误差,以积分球光源作为同源双光路能见度仪的改进光源,采用远近反射端对积分球光源进行分光,提取相机拍摄到的远近光斑并代入Koschmieder公式求解。试验结果表明:积分球光源与LED光源相比,减小了5%的均匀性误差。在不同能见度条件下,将基于积分球光源的能见度测量系统与LT-31透射式能见度仪、VPF-730散射式能见度仪进行场外比对试验,结果表明,基于积分球光源的能见度测量系统的均方根相对偏差和相对平均偏差都远小于20%,符合世界气象组织对能见度仪测量准确度的误差要求。
大气光学 能见度 同源双光路 积分球 反射端 均匀性 激光与光电子学进展
2019, 56(24): 240104
西安邮电大学 电子工程学院, 陕西 西安 710061
为了实现全光纤型高灵敏度气体在线检测系统, 以空芯光子晶体光纤为传感气室, 利用CO2气体分子在1 572.48 nm附近吸收谱以及虚拟仪器LabVIEW平台搭建了双光路差分CO2气体近红外检测实验系统。实验中所用空芯光子晶体光纤长度为1.8 m, 通过对其两端同时充气, 提高了系统响应速度, 0.1 MPa下充气过程仅需100 s左右。以标准浓度CO2气体对该系统进行了标定, 并对浓度2%、5%、10%和100%的CO2气体进行了测量, 结果表明100 min内浓度检测相对误差不超过2%, 标准差最大3.32%。气体吸收光程为1.8 m, 系统检测灵敏度达到5.981 8×10-5 μW/ppm。
CO2检测 空芯光子晶体光纤 双光路差分 CO2 detection hollow core-photonic crystal fiber dual-optical path differential method LabVIEW LabVIEW 红外与激光工程
2018, 47(11): 1117002
1 河北科技大学信息科学与工程学院, 河北 石家庄 050018
2 西南石油大学机电工程学院, 四川 成都 610500
H2S浓度检测的发展趋势是实时检测, 基于光谱吸收原则是其中一个发展方向。 用宽带光源替代以往使用的成本较高的窄带光源, 降低整个系统的成本, 可以提高检测系统的实用性。 宽带光源经过Bragg光纤光栅滤波后可以得到窄带光。 此方法得到的光波必然会有噪声和波动, 然后对其进行滤波, 消除一部分系统的噪声和波动, 再通过光线分束器分别通入检测光路和参考光路后做差。 此差分信号不仅消除了一部分系统噪声和波动, 还消除了基波分量, 增大了信噪比。 用数学分析的方法推导出二次谐波信号, 利用SIMILINK仿真观察此信号, 不同浓度的H2S气体会有不同的输出信号, 也就得到了气体的浓度。 双光路差分法、 谐波检测技术和窄带滤波技术综合起来的优势是降低了成本, 增加了信噪比, 提高了系统的检测能力。 实验仿真结果表明, 在LED宽带光源基础上采用提取谐波信号的双光路差分方法检测H2S气体浓度正确可行, 此方法降低了系统成本, 为大范围实际应用提供了可能性。
光谱吸收 谐波检测 双光路 宽带光源 Spectral absorption Harmonic detection Dual optical path Broadband light source
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 重庆工业职业技术学院, 重庆 401120
3 重庆市九龙坡区市政园林局, 重庆 400050
4 重庆理工大学, 重庆 400054
紫外-可见光谱法多参数水质在线监测系统面对复杂水体时, 常需要频繁改变探头光程以保持光谱较高的信噪比。 然而, 适合的光程往往需要大量实验才可确定, 难以满足在线监测系统对实时性、 精度、 灵敏度、 稳定性等的实际需求。 研究了一种紫外-可见光谱双光程融合优化算法, 将同时采集的长短两种光程光谱使用了滑窗法估计它们光谱噪声方差分布, 确定光谱强噪声区间; 由于长短光程光谱的信号强度不同, 使用了遗传算法计算得到双光谱融合的最佳增益匹配倍率; 最后, 按噪声方差分布使用分段加权方式得到较高信噪比的双光程融合光谱。 实验结果表明, 利用该法对重庆长寿湖水样、 嘉陵江某排污口及邻苯二甲酸氢钾标准溶液三种样本进行测试, 其融合光谱在200～250 nm区域的强噪声得到抑制, 零值干扰左推至220 nm之前, 样本的峰值信噪比均有显著提高, 证明了算法的有效性和普适性。 该算法无需大量实验以获得最佳光程, 对于拓宽紫外-可见光谱水质在线监测系统的应用范围具有较为重要的现实意义。Fusion Algorithm for Water Quality Monitoring
紫外-可见光谱 双光程光谱融合 滑窗法 遗传算法 水质监测 Ultraviolet-visible spectrum Dual optical path length spectra fusion Sliding-pane method Genetic algorithm Water quality
