中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710100
对目标进行更多属性信息的获取, 是光学传感器不断追求的目标。 偏振属性探测和传统光谱成像技术相结合的偏振光谱成像技术具有分辨“异物同谱”、 实现“目标凸显”、 “动态调节”、 “耀斑抑制”的能力, 蕴藏非常重要的应用潜力。 目前的偏振光谱成像系统存在诸多的缺点, 如结构复杂、 体积大、 通道串扰、 多维信息提取繁琐等问题。 针对上述问题, 提出一种基于线性渐变滤光片(LVF)和像素化偏振调制的紧凑型偏振光谱成像方法。 涉及关键技术有: 基于高光谱分辨率需求与短焦距约束, 采用双高斯结构作为初始光学结构, 并通过参数设计进行光学系统的仿真与实现; 采用LVF作为分光元件, 进行参数设计与验证, 与像素化偏振调制探测器在像面上进行耦合, 实现光谱信息与偏振信息同步获取。 基于上述技术路线进行了样机集成, 在实验室暗室对系统样机进行光学指标测试, 最终指标为: 工作波段: 430~880 nm, 空间分辨率: 0.22 mrad, 光谱分辨率为: 10 nm, 四偏振态同步获取, 系统传递函数: 0.547, 偏振探测精度: 89.4%, 光机系统总尺寸: 45 mm×45 mm×80 mm。 在室外进行推扫实验, 成像效果良好, 中心波长不同偏振态下的单色图有较明显的强度变化; 对全局图像进行多维信息提取与融合, 不同地物的特征光谱曲线有明显的波谱差异, 满足预期设计目标。 该方法突破了传统偏振光谱成像技术路线的缺点, 为偏振光谱成像多维信息获取提供了一种新型且有重要应用价值的方法。
偏振成像光谱系统 像素偏振调制 线性渐变滤光 系统耦合 Polarization imaging spectroscopy system Pixel polarization modulation Linear Variable Filter System coupling 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2082
1 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
2 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266237
3 中国科学院大学, 北京 100049
通过在感知层中加入定制化的微型光谱感知节点,近红外(NIR)光谱传感物联网(IoT)实现了NIR光谱分析技术和IoT技术的集成应用,进而可以满足IoT感知层中对物质成分传感的应用需求。近年来,中国科学院上海技术物理研究所依托成熟的InGaAs焦平面探测器技术,与山东大学联合,在NIR光谱传感IoT的研究和应用上取得了良好进展。首先,介绍了NIR光谱传感IoT的系统架构和关键技术。接着,为了实现光谱感知节点的微型化设计,重点介绍了集成多通道滤光片和集成线性渐变滤光片的两种微型光谱组件结构及其波长定标方法,并结合制备工艺对光谱组件的性能展开对比和分析。最后,基于集成式光谱组件,进一步介绍了NIR光谱感知节点、云服务器和手机客户端的研究应用情况,并对NIR光谱传感IoT的未来发展进行展望。
近红外光谱学 焦平面探测器 铟镓砷 线性渐变滤光片 物联网 中国激光
2021, 48(12): 1210001
1 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
2 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00083
3 中国科学院大学, 北京100049
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。
铟镓砷 光谱组件 线性渐变滤光片 波长标定 近红外 InGaAs Spectral sensor Linear variable filter Wavelength calibration Near-infrared
1 电子测试技术重点实验室, 山东 青岛 266555
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所, 山东 青岛 266555
3 中电科仪器仪表有限公司, 山东 青岛 266555
提出了一种分区多点标定的辐射定标方法。定标原理如下:将测量目标的温度区间分为n个子区间,测量并记录目标温度区间内n+1个不同温度黑体对应的红外光谱辐射计输出数据,并分别计算各个子区间的定标系数;进行红外光谱辐射测量时,比对红外光谱辐射计输出数据和记录数据,确定待测目标所属温度子区间;使用对应子区间的定标系数进行辐射定标,以提高测量精度。使用该方法对研制的渐变滤光片型红外光谱辐射计进行辐射定标,并根据定标结果反演测量黑体的等效亮温温差。实验结果表明,该方法的辐射定标精度优于1.5 K,可应用于红外光谱辐射计的辐射定标。
测量 红外光谱辐射计 线性渐变滤光片 分区多点标定法 辐射定标
1 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
2 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, 并给出了标定准确性评价.实验结果表明, 该光谱模组的波长范围为900~1 700 nm, 波长准确性优于1.3 nm, 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.
光谱学 焦平面 线性渐变滤光片 波长定标 Spectroscopic InGaAs InGaAs Focal plane arrays Linear variable filter Calibration accuracy
1 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
2 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
研制基于线性渐变滤光片和InGaAs焦平面的微型化物联网节点,实现长波近红外光谱数据的采集和无线传输,针对节点的波长范围、分辨率、波长准确性和波长稳定性等参数指标开展性能研究实验.实验结果表明,节点的波长范围为950~1700 nm,光谱分辨率随波长增加而增大,约为峰值波长的1%,与滤光片特性相符,波长准确性优于1.3 nm,波长重复性优于0.1 nm,可以满足物联网中的近红外光谱分析应用需求.
光谱学 物联网节点 InGaAs焦平面阵列 线性渐变滤光片 无线通信 spectroscopy IOT node InGaAs focal plane array linear variable filter wireless communication
1 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
2 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0.7,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。
光谱学 多光谱成像光谱仪 光学设计 线性渐变滤光片 激光与光电子学进展
2016, 53(1): 013003
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。
微纳卫星 线性渐变滤光片 成像光谱仪 小型化 空间分辨率 micro/nano satellite linear variable filter imaging spectrometer miniaturization spatial resolution