空间调制傅里叶变换光谱仪分束器色散特性研究

吕金光; 梁静秋; 梁中翥

doi:10.7498/aps.61.140702

摘要

在基于多级微反射镜的傅里叶变换光谱仪中,由于分束器的色散特性, 不同波长的干涉图具有不同的横向偏移量,其在横向空间会发生混叠. 同时,不同波长的干涉图还具有不同的光程差偏移量,使其在纵向空间也会发生混叠. 根据几何光学原理,干涉图的横向混叠会减小干涉图元的有效面积. 计算表明,本研究中干涉图元的横向混叠面积为总面积的3.4%, 通过数据处理扣除混叠部分可以消除横向混叠的影响. 干涉图的纵向混叠会产生一个附加的相位延迟,削弱谱线的强度. 经分析,附加相位延迟与分束器和补偿板之间的厚度差成正比. 本文给出了发生对比度反转时分束器与补偿板厚度差的极限值, 并利用解线性方程组的方法对纵向混叠的干涉图进行了校正, 反演出的光谱与理想光谱的标准偏差仅为1.7610-14.

关键词:

Abstract

Due to the chromatic dispersion of beam splitter, the interferogram units from various wavelengths could shift by different offsets, leading to interferogram aliasing in transverse space. Simultaneously, the interferograms of different wavelengths have different offsets of optical path difference, which makes the interferogram aliasing in vertical space. According to geometric optics principles, the transverse aliasing of the interferogram reduces the area of the interferogram unit, and the vertical aliasing of the interferogram leads to a phase-frequency response which could reduce the spectral line intensity. The calculation and the analysis indicate that the transverse aliasing area is only 3.4% of the total area of the interferogram unit in our study, which could be removed in the data processing; and the phase delay from the vertical aliasing of the interferogram is proportional to the thickness difference between the beam splitter and the compensating plate. The maximal thickness difference is provided when the contrast reversion appears in the interference fringe. Finally, we correct the chromatic dispersion from the aliasing interferogram by solving linear equation set, and recover the ideal spectrum.

Keywords:

作者及机构信息

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, 长春 130033;

2.
中国科学院研究生院, 北京 100049

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61027010, 60977062)、国家高技术研究发展计划(批准号: 2009AA04Z315)和吉林省科技发展计划(批准号: 201205025) 资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Applied Optics, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China;

2.
Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61027010, 60977062), the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2009AA04Z315), and the Jilin Province Science and Technology Development Plan, China (Grant No. 201205025).

参考文献

[1]	Weng S F 2005 Fourier Transform Infrared Spectrometer (Beijing: Chemical Industry Press) p34 (in Chinese) [翁诗甫 2005 傅里叶变换红外光谱仪(北京:化学工业出版社) 第34页]
[2]	Manzardo O 2002 M.S. Dissertation (Switzerland: Neuchatel University)
[3]	Anatoliy M, Henrik A, Goran T, Hans-Erik N 2006 Proc. SPIE 6395 639504
[4]	Lin L, Ren Z, Li G 2008 Spectrosc. Spect. Anal. 28 2067 (in Chinese) [林凌, 任钊, 李刚 2008 光谱学与光谱分析 28 2067]
[5]	Tian E M, Zhang J L, Li X, Zhang Y, Wang Z B 2009 Spectrosc. Spect. Anal. 29 853 (in Chinese) [田二明, 张记龙, 李晓, 张悦, 王志斌 2009 光谱学与光谱分析 29 853]
[6]	Kong Y M, Liang J Q, Liang Z Z, Wang B, Zhang J 2009 Proc. SPIE 7283 728304
[7]	Wang B, Liang Z Z, Kong Y M, Liang J Q, Fu J G, Zheng Y, Zhu W B, Lü J G, Wang W B, Pei S, Zhang J 2010 Acta Phys. Sin. 59 907 (in Chinese) [王波, 梁中翥, 孔延梅, 梁静秋, 付建国, 郑莹, 朱万彬, 吕金光, 王维彪, 裴舒, 张军 2010 59 907]
[8]	Fu J G, Liang Z Z, Liang J Q 2010 Spectrosc. Spect. Anal. 30 3203 (in Chinese) [付建国, 梁中翥, 梁静秋 2010 光谱学与光谱分析 30 3203]
[9]	Lü J G, Liang Z Z, Fu J G, Liang J Q 2011 Spectrosc. Spect. Anal. 31 2865 (in Chinese) [吕金光, 梁中翥, 付建国, 梁静秋 2011 光谱学与光谱分析 31 2865]
[10]	Jian X H, Zhang C M, Zhao B C 2007 Acta Phys. Sin. 56 824 (in Chinese) [简小华, 张淳民, 赵葆常 2007 56 824]
[11]	Lü Q B, Yao T, Xiang L B, Huang M 2010 Spectrosc. Spect. Anal. 30 114 (in Chinese) [吕群波, 姚涛, 相里斌, 黄旻 2010 光谱学与光谱分析 30 114]
[12]	Xiang L B, Yuan Y, Lü Q B 2009 Acta Phys. Sin. 58 5399 (in Chinese) [相里斌, 袁艳, 吕群波 2009 58 5399]
[13]	Jian X H, Zhang C M, Zhang L, Zhao B C 2010 Opt. Express 18 5674
[14]	Jian X H, Zhang C M, Zhu B H, Ren W Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 6131 (in Chinese) [简小华, 张淳民, 祝宝辉, 任文艺 2010 59 6131]
[15]	Zhang C M, Jian X H 2010 Opt. Lett. 35 366
[16]	Zhang C M, Huang W J, Zhao B C 2010 Acta Phys. Sin. 59 5479 (in Chinese) [张淳民, 黄伟健, 赵葆常 2010 59 5479]
[17]	Wu H Y, Zhang C M, Zhao B C, Li Y C 2009 Acta Phys. Sin. 58 1642 (in Chinese) [吴海英, 张淳民, 赵葆常, 李英才 2009 58 1642]
[18]	Zhang C M, Ren W Y, Mu T K 2010 Chin. Phys. B 19 024202
[19]	Wu J F, Zhang C M 2010 Chin. Phys. B 19 034201
[20]	Ruan K, Zhang C M, Zhao B C 2008 Acta Phys. Sin. 57 5435 (in Chinese) [阮锴, 张淳民, 赵葆常 2008 57 5435]
[21]	Zhang C M, Ai J J, Ren W Y 2011 Chin. Phys. B 20 020701
[22]	Zhang C M, Zhao J K, Sun Y 2011 Appl. Opt. 50 3497
[23]	Mu T K, Zhang C M, Zhang B C 2009 Acta Phys. Sin. 58 3877 (in Chinese) [穆廷魁, 张淳民, 赵葆常 2009 58 3877]

施引文献

[1]	Weng S F 2005 Fourier Transform Infrared Spectrometer (Beijing: Chemical Industry Press) p34 (in Chinese) [翁诗甫 2005 傅里叶变换红外光谱仪(北京:化学工业出版社) 第34页]
[2]	Manzardo O 2002 M.S. Dissertation (Switzerland: Neuchatel University)
[3]	Anatoliy M, Henrik A, Goran T, Hans-Erik N 2006 Proc. SPIE 6395 639504
[4]	Lin L, Ren Z, Li G 2008 Spectrosc. Spect. Anal. 28 2067 (in Chinese) [林凌, 任钊, 李刚 2008 光谱学与光谱分析 28 2067]
[5]	Tian E M, Zhang J L, Li X, Zhang Y, Wang Z B 2009 Spectrosc. Spect. Anal. 29 853 (in Chinese) [田二明, 张记龙, 李晓, 张悦, 王志斌 2009 光谱学与光谱分析 29 853]
[6]	Kong Y M, Liang J Q, Liang Z Z, Wang B, Zhang J 2009 Proc. SPIE 7283 728304
[7]	Wang B, Liang Z Z, Kong Y M, Liang J Q, Fu J G, Zheng Y, Zhu W B, Lü J G, Wang W B, Pei S, Zhang J 2010 Acta Phys. Sin. 59 907 (in Chinese) [王波, 梁中翥, 孔延梅, 梁静秋, 付建国, 郑莹, 朱万彬, 吕金光, 王维彪, 裴舒, 张军 2010 59 907]
[8]	Fu J G, Liang Z Z, Liang J Q 2010 Spectrosc. Spect. Anal. 30 3203 (in Chinese) [付建国, 梁中翥, 梁静秋 2010 光谱学与光谱分析 30 3203]
[9]	Lü J G, Liang Z Z, Fu J G, Liang J Q 2011 Spectrosc. Spect. Anal. 31 2865 (in Chinese) [吕金光, 梁中翥, 付建国, 梁静秋 2011 光谱学与光谱分析 31 2865]
[10]	Jian X H, Zhang C M, Zhao B C 2007 Acta Phys. Sin. 56 824 (in Chinese) [简小华, 张淳民, 赵葆常 2007 56 824]
[11]	Lü Q B, Yao T, Xiang L B, Huang M 2010 Spectrosc. Spect. Anal. 30 114 (in Chinese) [吕群波, 姚涛, 相里斌, 黄旻 2010 光谱学与光谱分析 30 114]
[12]	Xiang L B, Yuan Y, Lü Q B 2009 Acta Phys. Sin. 58 5399 (in Chinese) [相里斌, 袁艳, 吕群波 2009 58 5399]
[13]	Jian X H, Zhang C M, Zhang L, Zhao B C 2010 Opt. Express 18 5674
[14]	Jian X H, Zhang C M, Zhu B H, Ren W Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 6131 (in Chinese) [简小华, 张淳民, 祝宝辉, 任文艺 2010 59 6131]
[15]	Zhang C M, Jian X H 2010 Opt. Lett. 35 366
[16]	Zhang C M, Huang W J, Zhao B C 2010 Acta Phys. Sin. 59 5479 (in Chinese) [张淳民, 黄伟健, 赵葆常 2010 59 5479]
[17]	Wu H Y, Zhang C M, Zhao B C, Li Y C 2009 Acta Phys. Sin. 58 1642 (in Chinese) [吴海英, 张淳民, 赵葆常, 李英才 2009 58 1642]
[18]	Zhang C M, Ren W Y, Mu T K 2010 Chin. Phys. B 19 024202
[19]	Wu J F, Zhang C M 2010 Chin. Phys. B 19 034201
[20]	Ruan K, Zhang C M, Zhao B C 2008 Acta Phys. Sin. 57 5435 (in Chinese) [阮锴, 张淳民, 赵葆常 2008 57 5435]
[21]	Zhang C M, Ai J J, Ren W Y 2011 Chin. Phys. B 20 020701
[22]	Zhang C M, Zhao J K, Sun Y 2011 Appl. Opt. 50 3497
[23]	Mu T K, Zhang C M, Zhang B C 2009 Acta Phys. Sin. 58 3877 (in Chinese) [穆廷魁, 张淳民, 赵葆常 2009 58 3877]

[1]	郭状, 欧阳峰, 卢志舟, 王梦宇, 谭庆贵, 谢成峰, 魏斌, 何兴道. 氟化镁微瓶腔光频梳光谱分析及优化. , 2024, 73(3): 034202. doi: 10.7498/aps.73.20231126
[2]	李潇潇, 李娟, 柏财勋, 畅晨光, 郝雄波, 文镇清, 王鹏冲, 冯玉涛. 间接型光谱成像仪相对光谱响应函数标定方法. , 2024, 73(12): 120703. doi: 10.7498/aps.73.20240200
[3]	柯航, 李培丽, 施伟华. 基于下山单纯形算法逆向设计二维光子晶体波导型1×5分束器. , 2022, 71(14): 144204. doi: 10.7498/aps.71.20220328
[4]	周康, 黎华, 万文坚, 李子平, 曹俊诚. 太赫兹量子级联激光器频率梳的色散. , 2019, 68(10): 109501. doi: 10.7498/aps.68.20190217
[5]	马婧, 刘冬冬, 王继成, 冯延. 基于金属狭缝阵列的各向异性偏振分束器. , 2018, 67(9): 094102. doi: 10.7498/aps.67.20172292
[6]	耿易星, 李荣凤, 赵研英, 王大辉, 卢海洋, 颜学庆. 色散对双晶交叉偏振滤波输出特性的影响. , 2017, 66(4): 040601. doi: 10.7498/aps.66.040601
[7]	李政颖, 孙文丰, 李子墨, 王洪海. 基于色散补偿光纤的高速光纤光栅解调方法. , 2015, 64(23): 234207. doi: 10.7498/aps.64.234207
[8]	陈翔, 张心贲, 祝贤, 程兰, 彭景刚, 戴能利, 李海清, 李进延. 色散补偿光子晶体光纤结构参数对其色散的影响. , 2013, 62(4): 044222. doi: 10.7498/aps.62.044222
[9]	吕金光, 梁静秋, 梁中翥. 窄带傅里叶变换光谱仪中平稳高斯噪声的理论分析. , 2012, 61(7): 070704. doi: 10.7498/aps.61.070704
[10]	韩庆生, 乔耀军, 李蔚. 基于全光时域分数阶傅里叶变换的光脉冲最小损伤传输新方法. , 2011, 60(1): 014219. doi: 10.7498/aps.60.014219
[11]	童星, 韩奎, 沈晓鹏, 吴琼华, 周菲, 葛阳, 胡晓娟. 基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器. , 2011, 60(6): 064217. doi: 10.7498/aps.60.064217
[12]	王波, 梁中翥, 孔延梅, 梁静秋, 付建国, 郑莹, 朱万彬, 吕金光, 王维彪, 裴舒, 张军. 用于微型光谱仪的硅基多级微反射镜设计与制作研究. , 2010, 59(2): 907-912. doi: 10.7498/aps.59.907
[13]	李林栗, 冯国英, 杨浩, 周国瑞, 周昊, 朱启华, 王建军, 周寿桓. 纳米光纤的色散特性及其超连续谱产生. , 2009, 58(10): 7005-7011. doi: 10.7498/aps.58.7005
[14]	聂志强, 李岭, 姜彤, 沈磊剑, 李沛哲, 甘琛利, 宋建平, 张彦鹏, 卢克清. 倒V形四能级亚飞秒极化拍的三光子吸收和色散. , 2008, 57(1): 243-251. doi: 10.7498/aps.57.243
[15]	赵兴涛, 侯蓝田, 刘兆伦, 王伟, 魏红彦, 马景瑞. 改进的全矢量有效折射率方法分析光子晶体光纤的色散特性. , 2007, 56(4): 2275-2280. doi: 10.7498/aps.56.2275
[16]	宫玉彬, 邓明金, 段兆云, 吕明毅, 魏彦玉, 王文祥. 衰减器对螺旋线慢波结构高频特性影响的理论研究. , 2007, 56(8): 4497-4503. doi: 10.7498/aps.56.4497
[17]	王鹏, 赵环, 赵研英, 王兆华, 田金荣, 李德华, 魏志义. 用SPIDER法测量超宽带钛宝石振荡器的激光脉宽研究. , 2007, 56(1): 224-228. doi: 10.7498/aps.56.224
[18]	肖刘, 苏小保, 刘濮鲲. 带状螺旋线研究中的坐标变换. , 2006, 55(5): 2152-2157. doi: 10.7498/aps.55.2152
[19]	任国斌, 王智, 娄淑琴, 简水生. 高折射率芯Bragg光纤的色散特性研究. , 2004, 53(6): 1862-1867. doi: 10.7498/aps.53.1862
[20]	李曙光, 刘晓东, 侯蓝田. 光子晶体光纤色散补偿特性的数值研究. , 2004, 53(6): 1880-1886. doi: 10.7498/aps.53.1880

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