傅里叶变换光谱仪动镜倾斜误差和采样误差分析及仿真软件设计

摘要

傅里叶变换光谱仪的发展速度很快，仪器的功能和性能也在不断地提高，其应用领域非常广泛。傅里叶变换光谱测量取决于干涉图的质量和干涉图的采样，这就要求动镜作匀速直线运动且需要与定镜时刻保持严格的准直关系，另外要求对干涉图进行等间隔采样。
　　 在傅里叶变换光谱仪中，迈克尔逊干涉仪是其光学系统的核心部分。动镜的驱动机制的机械特性直接决定着傅里叶变换光谱仪的性能。但是在实际的扫描测量过程中，由于动镜驱动部分的摆动等原因造成动镜倾斜，引起光程差的变化，进而造成干涉图测量误差。为了得到所测光的光谱图，需要先对干涉图进行采样，然后对其作傅里叶变换。在采样过程中，由于电路延迟等原因造成的采样间隔变化即存在采样误差，也会引起干涉图测量误差。
　　 本文分析了引起动镜倾斜误差和采样误差的原因和误差的类型，并以静态倾斜误差为例，建立了存在静态倾斜误差时的干涉仪模型，对存在静态倾斜误差时的干涉图函数进行了公式推导，并根据公式对波数、动镜倾斜角度大小、光束孔径大小引起的存在误差时的干涉图的影响进行了讨论分析。
　　 本文给出各种误差的模型，并借助MATLAB对各种误差进行数值模拟，利用MATLAB强大的处理数据和计算能力分别来仿真不同类型的动镜倾斜误差和采样误差对干涉图和光谱图的影响，克服了由动镜倾斜误差和采样误差本身性质的复杂性所造成的对误差进行理论分析的困难。
　　 本文根据实际需要，设计了误差仿真用户软件。因为误差种类较多，并且每种误差模型本身具有不同的参数，如果要仿真不同参数的误差对干涉图的影响是非常繁琐的，并且目前也没有一个成型的误差仿真软件来方便用户仿真不同的误差对光谱图的影响，通过误差仿真软件可以方便用户根据需要来仿真各种不同类型的误差对光谱图的影响。
　　 通过仿真不同的误差对光谱图的影响，并与理想的光谱图作比较，这样便于用户根据仿真结果对光谱仪进行调整，各种误差对干涉图和光谱图的影响的分析为改善光谱仪的性能，使得光谱仪达到精度高，误差小的目的提供了依据。