为了实现傅立叶变换光谱仪的微型化与轻量化，设计了轻型栅条分束器结构，代替传统的平行平板分束器，分析了轻型栅条分束器的栅棱对光谱复原的影响，提出了制作误差容限。对微型傅立叶变换光谱仪进行了建模仿真，得到了轻型栅条分束器的最佳结构。通过系统仿真进行光谱反演，得到了复原光谱，并计算了轻型栅条分束器引入的光谱误差。完成了原理样机的搭建与调试，得到了实际系统的复原光谱，证明了微型化系统的可行性。该微型化系统相对于传统傅立叶变换光谱仪，具有体积小，稳定性好的优点，可用于在线监测。

以传统的干涉法全息技术为基础, 本文提出了一种纯光学的三维显示全息技术。利用空间光调制器实现真实物体的物光波前重现, 在不同平面上呈现物体的层析像。首先, 利用波前传感器采集真实物体的波前信息。接着, 运用单次快速傅立叶变换算法对光路中成像透镜的传递函数进行模拟, 制成含有该物光经透镜后的波前信息, 分别得到了实验所需的强度和相位灰度图片。然后, 通过两台空间光调制器对入射平行光场进行调制, 从而实现对物光经透镜后的光场进行波前重现。最后, 根据透镜的成像原理, 把CCD分别放置在物体前后两个成像面上即可得到层析的成像图。实验中分别在距离空间光调制器后2985 mm和3376 mm处观察所探测到的物体前后两个成像面的立体层析像。实验结果表明: 在模拟透镜的焦距为150 mm、计算衍射距离为150 mm的情况下, 前后两个成像面在x、y轴方向上的横向放大率分别为(11, 108)和(134, 109), 与利用透镜成像公式计算得到的横向放大率(1, 12)相比, 相对误差分别为(106%, 8%)和(117%, 8%)。角扩散度分别为295°和261°, 其相对误差分别为26%和07%, 低于5%, 基本符合实验原理。实验结果证明了该方法的可行性, 为后续开展的三维显示与新的全息技术提供了有效的技术支撑。

本文提出了一种基于多级微反射镜和栅格分束器的静态轻型傅立叶红外变换光谱仪, 通过两个多级微反射镜实现光程差的空间离散和干涉图的静态二维采样, 通过引入栅格分束器有效降低了系统的体积和重量。作为该光谱仪的核心光学器件, 多级微反射镜的阶梯高度一致性、面型平整度和结构精度是决定采样间隔、分辨率和噪声等仪器指标的主要因素。本文提出了基于MOEMS技术的厚度依次减半多层膜法, 制作了台阶高度为0625 μm, 阶梯数为32的低阶梯多级微反射镜。测得实际阶梯高度平均值为6269 nm, 表面粗糙度均方根值为172 nm。分析了阶梯高度误差对光谱复原的影响, 提出了两种阶梯高度误差校正方法, 分别为通过修正因子来减小膜厚监控误差, 和利用最小二乘余弦多项式算法对复原光谱进行校正。校正后的复原光谱误差(SCE)降低为234%, 满足系统对光谱复原的要求。最后, 将该低阶梯多级微反射镜置入光谱仪中, 得到乙腈样品的干涉图和复原光谱图。

傅立叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)技术在大气环境在线监测 领域有着广泛的应用,利用项目研制的基于傅立叶红外技术与White型多次反射池技术的国产FTIR系统, 在龙凤山本底站进行了实际大气CH4、CO、CO2和N2O的多组分在线测量,并与本底站多年业务运行 的CRDS和GC系统的观测结果进行了同步对比分析。结果表明,(1)当前研制的FTIR原理样机的检出限 较高,可满足高浓度温室气体排放的在线监测要求。但在大气本底监测方面,其与WMO-GAW的要求尚有一 定差距,在检测能力(光能衰减、有效光程、波长校准、测量腔室等)、分析精度、不确定度以及 系统稳定性等方面仍有较大的提升空间。(2)FTIR系统与CRDS和GC系统对大气CH4、CO观测的 一致性变化趋势和相关性较好, CO2和N2O的一致性趋势不很理想,这与观测系统的原理、 分析技术、样品处理以及数据处理方法等有关。

中国的大气环境污染形势严峻,地域性大气问题严重,以燃煤为主的火力发电厂、燃煤锅炉等是最主要的SO2、NOx排放源。 现行的燃煤烟气排放标准做了严格规定,从而对烟气连续排放在线监测技术提出更苛刻的要求。基于傅立叶变换红外光谱技术与 伴热式多次反射池技术,研究燃煤电厂SO2、NO污染气体超低浓度检测系统。针对SO2、NO的分子吸收光谱特征, 采用SiC作为光源,选择测量波段1900～2600 nm;采用傅立叶变换红外光谱技术对测量光谱进行处理,与现场两台设备的 测量数据进行分析, SO2、NO气体的相关性良好,满足超低排放烟气监测需求。

本文发展了一种基于傅立叶变换的相位误差预估技术来计算干涉条纹的相位误差,从而得出干涉式示差折光仪的理论检测极限的新方法。本文通过模拟计算了相位误差的精度为3.4×10-8×2π rad,即折光仪理论检测极限为2.2×10-12 RIU。模拟结果与以往文献中实验数据对比证明此技术的可行性。同时,我们也详细讨论了干涉条纹的相位误差的精度与CCD探测器的像元尺寸、比特深度以及干涉条纹的空间周期的关系,模拟结果给出了优化的CCD参数及干涉系统参数。这种技术为进一步实现示差折光系统的实验参数选择以及检测极限的研究提供了理论指导。

传统傅立叶变换轮廓术多采用散光斜式投影，需要满足4个约束条件才能得到较为准确的相位与高度映射关系，并且散光投影带来的相位非线性二次项误差也会降低形貌恢复精度。为了能在欠约束条件下减少相位非线性误差的影响，建立了基于平行光干涉投影下的普适模型。平行光干涉投影下的参考平面相位沿着x轴呈线性变化，相位分布较散光或倾斜式投影更具准确性。对比分析了散光及平行光投影下被测物体的恢复情况，实验结果表明，新模型在欠约束条件下，具有较高的灵活性和可操作性，恢复精度良好，相对误差为1.1%。

在自适应光学(AO)系统中,成像是不可或缺的一部分。AO仿真系统中的探测器和哈特曼-夏克波前传感器的成 像过程一般用二维的离散卷积来计算,而通常它的数值算法用快速傅立叶变换(FFT)实现。但是随着矩阵维 数的增加,卷积的运算量会急剧增大,成为制约整个AO仿真效率的一个瓶颈。利用图形处理器(GPU)的强大计算能力,可以 使成像系统运行速度大幅提高。在NVIDIA Tesla C2050 GPU上,针对不同分辨率的图像,获得了相对于串行 程序5?24倍的加速比。

桑叶为药食两用的原料, 具有降血糖、降血压、降血脂、延缓衰老等多种保健功效。本文首先采用了傅立叶变换红外光谱法直接、快速、准确地测定了桑叶的红外光谱图, 根据桑叶的峰位, 我们可以推断出桑叶可能含有醇、酚、烷烃、烯、蛋白质和多糖等化学成分; 然后进行了紫外光谱分析及红外光谱和紫外光谱的对比分析, 其结论为桑叶的识别、鉴定和药理分析提供了一定的科学依据。