本文将重建光谱仪的光谱重建理论应用于傅里叶变换光谱仪中，使光谱仪可以兼具重建光谱仪高光谱分辨率优势以及傅里叶变换光谱仪固有的高光通量优势。利用构建的简易空间外差傅里叶变换光谱仪实验装置在520~530 nm光谱范围内进行验证实验。使用实验装置采集的不同单波长入射光光斑图像进行光谱校准实验，证明了傅里叶变换光谱仪可满足光谱重建理论必需的光斑与波长间唯一的一对一映射关系。随后，使用用于光谱校准的光斑图像进行光谱重建实验，实现了0.10 nm的光谱分辨率，相比通过傅里叶变换光谱仪原理得到的~5.65 nm光谱分辨率有明显提高。最后，使用额外采集的波长525 nm入射光光斑图像进行光谱重建实验，重建光谱中存在重建误差，且525 nm处光谱信号峰的半峰全宽（FWHM）~0.30 nm。光斑图像相关性分析显示，光谱重建受光斑图像采集过程中噪声和相邻波长入射光光斑图像高相似性的影响。尽管如此，重建光谱仍然可以反映入射光的光谱信息，且信号峰的FWHM小于傅里叶变换光谱仪原理得到的光谱，验证了将光谱重建理论应用于傅里叶变换光谱仪的可行性和高光谱分辨率优势。

二氧化钒是一种具有绝缘态到金属态可逆相变特性的材料, 在光器件及信息技术中有非常广泛的应用。分别采用太赫兹频段的光谱测量技术和阵列成像技术研究分析了硅基二氧化钒材料的相变过程。采用傅里叶变换光谱测量系统, 获得了整个样品在 2.5~20.0 THz频段透射谱和反射谱随温度的变化, 分析得到了硅基二氧化钒材料相变的温度范围为 334~341 K, 对应温差为 7K; 得到了相变前后样品对 4.3 THz辐射的透过率变化达 40%以上, 反射率变化接近 30%。随后采用一套 4.3 THz的阵列成像系统, 测量了整个样品在相变前后的太赫兹图像, 获得了该材料由金属态转变为绝缘态时, 其对 4.3 THz激光信号的透过率由 6.7%升至 50.7%, 透过率变化达 44%, 与傅里叶变换光谱在 4.3 THz处的测量结果相当。上述研究结果为硅基二氧化钒材料用于 2.5 THz以上电磁辐射的透射调制和反射调制提供了很好的实验数据支撑。

干涉式红外探测仪(GIIRS)是我国地球静止轨道气象卫星风云四号B星的主要载荷,可观测大气上行红外高光谱辐射,因此可应用于大气温湿度廓线反演和数值天气预报模型同化。为了预测GIIRS在发射后的工作性能,于发射前在地面试验室热真空环境中采用黑体定标试验的方法,对仪器辐射性能进行了测试,测试的性能包括仪器灵敏度、辐射定标精度和动态观测范围。其中,长波红外通道的噪声等效辐射方差低于0.5 mW/(m ²·sr·cm ^-1),中波红外通道的噪声等效辐射方差低于0.1 mW/(m ²·sr·cm ^-1),两者均达到灵敏度设计指标。在辐射定标方面,经过非线性校正,长波光谱的平均定标偏差从1 K减小到0.2 K,且在220~315 K观测范围内达到0.7 K的设计指标;仪器在中波通道观测低温目标时受噪声影响较大,但在260~315 K的动态范围内,定标偏差也能够达到0.7 K的指标要求。

提出一种实现偏振差分干涉成像的新方法。该方法利用微透镜阵列和渥拉斯顿棱镜,实现一次成像就能获取目标的平行和垂直偏振分量的光谱图像,且具有无机械运动部件和共光路的优点。通过理论分析和模拟仿真,获取复色光以及632.8 nm的单色光的正交偏振分量的光谱图像。仿真分析表明,该方法能够有效地同时获得目标的差分偏振光谱图,有利于实现实时探测目标的偏振光谱信息。

高质量的CO2反演结果有助于准确认知其源汇信息、 预测未来气候变化趋势及提升全球碳循环的理解。 基于非线性最小二乘光谱拟合技术, 研究地基高分辨率傅里叶变换红外光谱反演环境大气中CO2浓度的反演产品质量优化方法。 借助O2窗口的反演结果, 将CO2柱浓度转化为柱平均干空气摩尔分数（column-averaged dry air mole fraction, XCO2）, 能有效修正系统共有误差; 采用一种经验修正模型, 能有效修正与大气质量因子相关的虚假日变化; 通过建立一定的红外光谱筛选法则, 能有效控制XCO2反演产品质量。 以一天的典型观测结果为例, 对产品质量优化前后的反演结果进行了对比, 优化后反演误差减小了60%, 以正午为中心两边各取一小时计算了XCO2的反演精度, 为0.071%（相当于0.28 ppm）, 符合TCCON(total carbon column observing network)规定的<0.1%精度范围。

偏振干涉成像光谱技术以傅里叶变换光谱学为理论基础, 以一系列起偏/检骗器、 剪切分束器和延时晶体等双折射晶体材料为主要结构, 较之传统光栅式色散型光谱仪具有多通道、 图谱合一、 大光通量、 高信噪比和抗环境振动干扰等一系列优点, 并且结合多普勒光谱学相关原理和技术, 已被广泛应用在各种天文学和天体物理学测试与计量领域如空间遥感、 视向速度、 宇航飞行、 月球探测等。 但是许多前人研究工作中仍然存在两个尚未妥善解决的问题: (1) 视场受限。 普通型偏振干涉成像光谱仪存在远场条纹的弯曲而使系统视场角限制在±2°以内, 严重影响傅里叶变换后的光谱重构精度; (2) 相位热漂移。 晶体的热胀冷缩和双折射率之差随温度变化的特性导致像面干涉条纹发生随机抖动误差, 将严重影响以多普勒频移为原理的视向速度等测量精度。 因此, 首先引入一块半波片构成增强型的Savart剪切分束器实现主动的视场展宽, 可以使增强后的观察视场角达到±10°左右。 这一改进不仅提高了傅里叶光谱变换的算法精度, 同时也大幅增加光通量从而实现对微光光谱进行高信噪比的探测与标定。 另外, 为了消除环境温度造成的相位热漂移误差, 选用偏硼酸钡（α-BBO）和铌酸锂（LiNbO3）两种晶体进行精密组合匹配。 该关键技术利用这两种晶体的双折射率之差随温度变化的相反特性, 从而实现相位热漂移误差补偿。 实验证明, 在实验室环境温度下热相位漂移误差不超过0.02 rad。 通过这些方案改善偏振干涉成像光谱仪的测试精度, 拟实现对天文光梳以及其他大型天文光谱仪器快速而精确的标定与测试。

为追求光泵气体THz 激光器更高的输出功率和更好的光束质量，设计制作了金属网栅输出耦合镜，金属网栅输出耦合镜相比传统的小孔输出镜具有很多优势。详细描述了金属网栅输出耦合镜的结构，研究了金属网栅的理论模型。选择g /2a =76 μm/20 μm 和g /2a =76 μm/10 μm 这2组参数制作了金属网栅输出耦合镜，利用远红外傅里叶光谱仪对其THz 波段的透过率进行测试，根据计算仿真得到结论：随着金属网栅线宽2a 的增大，金属网栅的THz 辐射透过率增大。

傅里叶变换红外光谱仪可实现对高温烟气的多组分同时测量,在该方面具有广泛的应用前景.而决定其能否成功应用的重要因素之一,在于测量系统中对红外干涉图采样的相位误差控制.论述了系统相位误差产生的主要原因,通过分析氦氖激光干涉信号过零均匀性,说明了产生相位误差的主要原因是激光信号与参考信号的相位差.与此同时,定量分析了相位误差对仪器信噪比的影响,通过Mertz相位校正方法得到了仪器信噪比较之原来提高了数千倍.并进行了相关实验.实验结果表明,基于此干涉图采样方法的系统满足高温烟气测量的需要.

基于一种固体马赫曾德尔(Mach-Zehnder)成像光谱仪，从理论上严格推导了其光谱反演模型，通过该光谱反演模型着重分析了反射面平移误差对系统光谱反演带来的影响。运用Zemax软件建立了成像光谱仪的仿真模型，并运用该仿真模型对固体马赫曾德尔成像光谱系统光谱反演及平移误差推导结果进行了仿真验算。理论推导及仿真结果表明，固体马赫曾德尔成像光谱仪中反射面的平移误差将对系统的光谱反演结果带来影响，并且光谱的反演误差与两路剪切分光光路中反射面平移误差的总和相关。因此，在固体马赫曾德尔成像光谱仪的研制过程中，需要严格控制两路平移误差的总和，或通过适当的补偿遏制其对测量结果的影响，提高系统的光谱测量精度。