1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京100049
用于天文高分辨光谱波长定标的法布里-珀罗标准具(FPE)具有宽波长覆盖与密集透过峰序列的光谱,有望实现比传统定标源更高的波长定标精度。然而FPE透过峰波长是未知的,这为定标带来了挑战。本研究在不借助额外精密测量设备(如傅里叶变换光谱仪)情况下,使用天文高分辨光谱仪常规定标源钍氩灯(ThAr)为FPE提供波长信息,再利用FPE密集的透过峰序列以及电介质反射膜穿透深度与波长关系的平滑性质,修正波长信息中的误差,得到FPE透过峰精确的波长并完成波长定标。在兴隆2.16 m望远镜高分辨光纤光谱仪上的定标测试显示,FPE的波长定标精度达到0.053 pm,相比单独使用ThAr的波长定标精度(0.290 pm)有显著的提高。
温度变化时的热胀冷缩会造成光谱仪中光学元件位置的变化，从而导致波长产生较大的偏移。针对这个问题，进行了适用于不同温度的波长定标方法研究。提出了一种基于温度补偿的波长定标理论模型与方法。将温度作为变量，建立了波长、像元位置和温度的三维函数关系理论模型。采用标准汞氩灯进行了定标实验。通过三次多项式曲面拟合确定了多项式的系数，验证了高低温环境下的定标精度。该方法有效地修正了由温度导致的电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)响应值大小的变化和光路中光学元件位置的偏移，提高了波长校正系数容错能力以及温度变化时的波长精度，并提升了光谱仪的环境适应性。
光谱仪 温度补偿 波长定标 曲面拟合 spectrometer temperature compensation wavelength calibration surface fitting
光谱分析仪（Optical Spectrum Analyzer, OSA）是光通信领域的重要测试分析仪器，主要用于测试光源、光纤光缆以及光器件的光谱特性。在介绍OSA基本原理的基础上，研究了波长精细定标方法。首先，分析了波长与采样点及探测波段之间的关系；然后基于可调谐激光器与波长计，利用最小二乘法对几个特征波长进行了定标；最后利用近红外光谱测试系统进行了验证实验。结果表明，定标后的波长准确度控制在±0.3 nm以内，满足产品指标要求。
光通信 光谱分析仪 波长定标 波长拟合 optical communication optical spectrum analyzer wavelength calibration wavelength fitting
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
为了满足原子发射光谱仪在紫外至近红外宽谱段范围内的高光谱分辨率快速检测需求，采用精密角位移平台直接驱动光栅，配合面阵探测器，实现高精度光谱分段快速扫描探测。但在扫描过程中，探测器像元波长增量与光栅转角呈非线性关系，且不同像元的波长增量不同，这对该光谱仪波长定标造成障碍。为校正光栅色散的非线性，基于光栅方程精确计算光栅转角与探测器首尾两端像元波长的映射关系,针对同一光栅转角，探测器其余像元波长利用首尾像元波长按照局部线性色散规律计算得到，从而完成全谱段光谱定标。依据定标所得转角与探测波段对应关系依次驱动光栅转动，实现宽谱段范围内的分段高精度光谱快速扫描探测。利用汞灯光源对该定标方法的波长检测精度进行检验，在200~800 nm的宽谱段范围内，波长准确度优于0.018 nm，波长重复性优于0.001 nm。
光谱仪 光栅色散 色散非线性 波长定标 spectrometer grating dispersion spectral nonlinearity wavelength calibration
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 上海卫星工程研究所载荷与地面应用技术研究室, 上海 200240
为了提高多通道光栅扫描光谱仪的波长定标精度,在介绍传统单通道光栅光谱仪线性波长扫描原理的基础上,分析并推导了多通道光谱仪中,共用光栅轴装调误差导致的光谱仪输出波长与丝杠移动距离的理论非线性公式。利用该非线性公式作为波长定标公式对风云三号太阳辐照度光谱仪原理样机进行波长定标,结果表明:传统线性公式的定标精度为0.08 nm,利用波长非线性公式可将波长定标精度提高到0.03 nm,满足仪器的波长定标精度,验证了多通道光栅扫描光谱仪波长非线性关系的准确性。
光谱学 光栅光谱仪 波长定标 多通道光谱仪 波长非线性 正弦结构
1 中国科学院国家空间科学中心 空间环境探测研究室, 北京 100190
2 中国科学院大学 天文与空间科学学院, 北京 100049
3 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室, 北京 100190
4 天基空间环境探测北京重点实验室, 北京 １００１９０
高光谱成像探测仪在轨波长漂移和性能衰变是有效载荷在轨长期工作必须解决的问题。利用太阳辐射光谱和大气后向散射辐射光谱中特有的Fraunhofer吸收线可作为星上波长定标的基准。针对波长定标精度需求, 优选出高精度的太阳参考光谱, 用仪器狭缝函数卷积后初选出87条Fraunhofer吸收线, 并分析了由Fraunhofer吸收线分布非均匀性引起的系统误差, 以及由仪器探测能力不同而产生的随机误差。综合最大偏差和RMS, 确定了在满足定标精度优于0.01 nm的条件下, 可用的76条太阳Fraunhofer线的精确位置。该研究为高光谱成像探测载荷在轨高精度波长定标奠定了基础。
波长漂移 波长定标 太阳参考光谱 太阳Fraunhofer线 高光谱成像 wavelength shift wavelength calibration solar reference spectrum solar Fraunhofer lines hyper-spectral imaging 红外与激光工程
2019, 48(3): 0303006
1 中国科学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
为了实现中空型平板波导小型红外光谱仪光谱数据的定量化,在分析实验室常用波长定标方法的基础上,搭建了一种基于CO2激光器+积分球的波长定标装置。该装置的光谱定标范围宽,且具有较高的分辨率,克服了传统实验室定标方法的缺点,提高了定标精度。首先介绍了中空型平板波导红外光谱仪的工作原理,接着利用该定标装置对光谱仪进行波长定标,然后采用多项式拟合算法完成定标数据的分析,最后通过对两片窄带滤光片的测量完成定标结果的验证。实验结果表明:采用CO2激光器+积分球组合的方式得到的波长定标方程,其中心波长定标误差不超过0.02 μm,光谱分辨率可达144 nm。
光谱学 小型红外光谱仪 平板波导 波长定标 激光器 光学学报
2018, 38(11): 1130002
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 南京航空航天大学, 江苏 南京 210016
2 南京地质调查中心, 江苏 南京 210016
通过对Offner分光光学系统分析, 给出了快速计算初始结构参数公式, 根据算得的初始结构参数优化出一套适用于短波红外(1 000～2 500 nm)的分光光学系统, 设计的光学系统相对孔径大(F/#22)、 光谱分辨率高(优于10 nm)和入射狭缝长(12 mm), 在整个波长和视场范围内调制传递函数MTF均大于05。 完成的成像光谱仪整机体积小, 重量轻(小于5 kg), 仪器测试结果表明, 全光谱范围内光谱线性好, 光谱标定后波长精度优于4 nm, 通过对不同波段分辨率测试, 全波长范围内光谱分辨率与设计相符, 动态成像实验表明, 光谱图像清晰并且光谱数据质量佳。
成像光谱仪 短波红外 光学设计 凸面光栅 光谱分辨率 波长定标 Imaging spectrometer SWIR Optical design Convex grating Spectral resolution Spectral calibration 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2267
