双PEMs差频调制型傅里叶—贝塞尔变换光谱测量技术研究

【摘要】光谱测量在环境监测、食品监测、航空航天、生物医学以及军事等方面被广泛应用，其中基于弹光调制的傅里叶变换光谱技术具有调制频率高、宽光谱、高灵敏度以及抗震等特点，因此在光谱测量方面具有很好的应用前景。本文在分析弹光调制光谱测量技术的国内外研究现状基础上，以项目为例，针对现有弹光调制器（photoelastic-modulator,PEM）的调制频率高（几十kHz-几百kHz上），大光程差及短波段的调制干涉信号频率更高，探测器无法有效探测采集。提出了一种基于双PEMs差频调制和傅里叶-贝塞尔（Fourier-Bessel）变换的光谱测量方法。该方法将双PEM分别工作在数值略有差异的频率上，以对光进行差频调制，并产生载有被测光的低频调制分量（比驱动频率小2-3个数量级），通过对调制信号中的低频成分进行傅里叶-贝塞尔变换可得到目标光谱。一方面，对双PEMs差频调制光谱测量技术的反演算法进行了研究，针对本文提出的双PEMs差频调制干涉信号的特点，分析了傅里叶-贝塞尔光谱反演算法；另一方面，通过理论对大光程差弹光调制器进行了研究，提出大光程差PEM中弹光晶体和压电晶体的两种结构。最后，针对本文提出光谱反演方法及大光程差PEM进行了仿真和实验验证。复色光反演仿真结果显示，反演复色光谱与模拟入射光谱很好吻合；通过632.8nm激光进行了实验，将使用结果与仿真结果对比显示：在不同的相位延迟下，实验与理论仿真基本吻合；大光程差PEM实验结果显示，在弹光晶体尺寸相同及驱动电压相同情况下，大光程差PEM的最大调制光程差是普通PEM的19.25倍。综上，仿真及实验验证了双PEMs差频调制型傅里叶-贝塞尔变换光谱测量方法的可行性。
【作者】张瑞；
【导师】王志斌；
【作者基本信息】中北大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】双弹光调制；光谱测量；傅里叶-贝塞尔变换；差频；

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