基于弹光效应的高速红外光谱获取方法

摘要

红外光谱测量在环境监测、航空航天、安全生产以及军事等方面具有广泛的应用价值，以基于弹光效应调制器为核心的新型傅里叶变换红外光谱仪具有高速、高灵敏度、宽光谱范围及抗振性好等优点。本文在分析了弹光调制器原理的基础上，研究了弹光调制器的设计方法，利用有限元分析方法对该器件进行仿真模拟和状态分析，其仿真结果得到了实验验证，并且给出适用于弹光调制光信号的快速光谱反演算法。
　　通过分析弹光调制原理并根据仪器专项的技术指标，设计了弹光调制器件的基本方案，确定了该方案各个几何部件所选取的材料、几何尺寸以及器件的谐振频率等。
　　利用Comsol Mutiphsics对该方案进行有限元分析，在结构力学中的压电设备物理场下对该器件进模拟，给出在谐振频率及时域求解域中该物理场的解，结果与方案设计目标一致，符合项目要求。同时总结了利用有限元方法仿真和分析弹光调制器件的一套工作流程。
　　在弹光调制器工作过程中，存在光程差非线性的问题，使得传统的快速傅里叶变换算法不能用于相位非均匀采样干涉信号的光谱反演过程，如果直接计算硬件资源消耗严重在系统实时性无法保证同时对也对信号反演工作提出了更高的要求。因此，必须研究新型算法解决非线性问题。本文提出了非均匀快速傅里叶变换算法对相位非均匀采样干涉信号反演光谱的方法，并对其可行性进行验证，通过算法仿真，实现了较高精度的反演，满足项目需求。

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绪论1

选题的背景、目的和意义1.1

国内外研究现状1.2

研究内容1.3

晶体弹性光学效应2

弹光调制器件使用材料2.1

ZnSe和石英晶体的结构2.2

坐标变换2.3

晶体的张量表示2.4

ZnSe形变对光的调制2.5

压电设备2.6

小结2.7

弹光调制器件的设计及有限元分析3

有限元分析3.1

Comsol Mutiphsics 介绍3.2

弹光调制器件的有限元分析方法3.3

PEM实验及结果讨论3.4

弹光调制信号处理方法4

弹光调制信号的特点4.1

弹光器件相位延迟计算方法4.2

弹光调制信号的光谱快速反演方法4.3

总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和研究成果

致谢