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面阵探测下的污染云团红外光谱仿真被引量：2: 2017年; 研究污染云团的红外光谱仿真,对于利用仿真光谱进行光谱识别的算法研究十分重要.在单元探测器探测方式下污染云团的红外光谱仿真研究取得了一定成果,并且已经被应用于识别算法的研究工作中.针对基于成像光谱仪的污染云团识别算法研究缺乏实测数据的问题,利用具有高仿真精度的基于物理模型的污染云团扩散模型及其仿真结果网格化的特点,研究相应的云团红外光谱仿真多层模型,提出了面阵探测方式下污染云团红外光谱的仿真方法,生成了同时具有光谱维和空间维信息的数据立方体,为该研究领域提供了新的研究方法.提出的面阵探测方式下的污染云团红外光谱仿真直观地反映了污染云团的扩散,提供了完备且符合实际情况的污染云团红外光谱立方体数据,对于提高和完善红外光谱识别算法具有重要意义.; 王安静方勇华李大成崔方晓吴军刘家祥李扬裕赵彦东; 关键词：红外光谱光线追踪

小型长波红外光栅光谱仪光学设计被引量：10: 2012年; 光学系统是光谱仪微小型化的关键,光学设计的质量将直接影响微小型光谱仪的性能。针对长波红外光谱探测的具体应用,对比国内外各种方案,分析其优劣后提出一种基于交叉非对称切尔尼-特纳(Czerny-Turner)结构的小型光栅光谱仪。首先根据光谱仪基本原理和光学设计理论,分析系统的光谱分辨率、像差以及探测灵敏度。然后以小型化、低成本、要求的光谱范围和分辨率为具体设计目标,对系统进行优化设计。最后在光学软件Zemax中进行模拟和优化。设计结果表明:该系统的光谱范围为8～14μm,光谱分辨率优于80nm,光学系统尺寸约为100mm×75mm×45mm,满足小型化要求。同时采用扫描光栅配合单通道探测器的方式降低成本。; 李扬裕方勇华刘洋; 关键词：光学设计微型光谱仪长波红外光谱分辨率

基于椭圆腔共振的石英增强光声光谱理论研究被引量：3: 2016年; 石英增强光声光谱技术作为一种新型的光学检测技术,已被广泛应用于痕量气体检测场合.其中声波共振增强性能是决定检测灵敏度的重要因素.为提高光声光谱检测系统的信噪比和检测极限,提出一种新型的椭圆腔共振石英增强光声光谱检测方法,建立了其声学特征模型并利用有限元分析方法对光声腔内部声学特性进行仿真研究.研究结果表明,椭圆腔的特征模态在(2,1)模态下长轴两端声压达到最大值.通过对椭圆腔的尺寸和形状进行优化,建立实验装置,得到目标气体硫化氢检测极限为6.3 ppm(parts per million),相应的归一化噪声等效吸收系数为2.02×10^(-9)cm^(-1)W/Hz^(1/2).; 赵彦东方勇华李扬裕吴军李大成崔方晓刘家祥王安静

基于平板波导的小型红外光栅光谱仪光学设计被引量：3: 2015年; 为实现红外光谱仪器的小型化，通过分析现有小型光谱仪，提出了一种基于平板波导的小型红外光栅光谱仪的设计方法。平板波导光谱仪的小型化原理与一般的微小型光谱仪不同。在平板波导光谱仪中，光束被限制在一层薄薄的平板波导介质中传播，看起来像是整个光学系统被压扁了。在垂直于平板波导的方向上光学元件的尺寸可以做到很小，从而显著减小光学系统的尺寸。该系统的设计可分为 Czerny-Turner结构设计、波导结构设计。先根据像差理论设计 Czerny-Turner 结构，目标是保证光谱分辨率及校正像差；然后根据几何光学理论设计波导结构，包括平板波导和两个柱面透镜，目标是压缩光束并校正像散；最后将它们输入 Zemax 软件中进行综合优化，以获得最优的光学系统。据此方法设计了一个平板波导红外光栅光谱仪，工作波段为8～12μm，数值孔径为0．22，采用线阵探测器。通过 Zemax 软件对结果进行分析和评价，表明仪器光学系统的尺寸为130 mm×125 mm×20 mm，工作波段内光谱分辨率达到80 nm，满足设计指标要求。证明了该优化设计方法是可行的，所得系统尺寸小、性能高。; 李扬裕方勇华李大成刘洋; 关键词：光学设计平板波导

平板波导光谱仪中光栅多次衍射杂散光的抑制被引量：2: 2016年; 平板波导光谱仪是一种紧凑型光谱仪,其光栅多次衍射杂散光大,需要进行抑制。首先研究了多次衍射杂散光的形成过程,并通过Trace Pro软件详细分析了多次衍射杂散光的传播路径和大小。然后根据杂散光的空间特性和波长特性对其进行分类,采取不同的抑制方法。在不改变原有光学结构的基础上提出了利用滤光片和挡光板来抑制多次衍射杂散光的方法,滤光片的参数和位置需要精心选择以达到最好的抑制效果。最后对增加抑制结构前后的杂光系数进行对比分析。结果表明,多次衍射杂散光得到了很好的抑制,最大杂光系数从5.3%降到0.033%,平均杂光系数从1.9%降到0.001 8%。; 李扬裕方勇华李大成李亮; 关键词：杂散光

中红外平面光栅光谱仪系统杂散光分析被引量：14: 2015年; 为了抑制杂散光对中红外平面光栅光谱仪系统成像质量的影响,首先探讨了系统杂散光的来源,设计了遮光罩、挡光环和里奥光阑;然后针对用挡光板消除光栅衍射杂散光能力有限的问题,提出利用百叶挡光板和杂散光收集器组合来抑制杂散光的影响,并结合三维建模软件Solidworks和杂散光分析软件Tracrpro对系统进行了建模、分析和对比;最后针对某一型号红外热电堆阵列探测器并运用黑体辐射理论对其进行计算和分析,最终结果表明:光谱仪系统地气杂光抑制水平PST可以达到10-11,内部杂散辐射抑制能力有效发射率为1.3%,满足中红外平面光栅光谱仪系统杂散辐射的抑制要求。; 刘洋方勇华吴军雒静李扬裕; 关键词：杂散光

亥姆霍兹光声光谱多气体检测器设计和优化被引量：2: 2017年; 光声光谱技术作为一种先进的光学检测技术,已成功应用于各种痕量气体检测场合。实现多气体的光声光谱检测,同时保证高的检测灵敏度是检测器设计的核心目标。针对测量需求设计,优化了一种基于亥姆霍兹共振的光声光谱多气体检测器,使用有限元分析方法对检测器进行了设计和仿真分析,对光声池的结构参数以及温度和压力特性进行了优化和分析。仿真结果表明:对光声池结构参数进行优化和对温度压力进行控制可以提高检测器检测灵敏度;采用光源IR-19时,激发腔Φ38 mm×9 mm,连接管Φ5.9 mm×10.2 mm和探测腔Φ30 mm×5.8 mm为光声光谱检测器的最优化参数。经实验验证,检测器对CO气体的检测精度达到5.08 ppm(1 ppm=10-6)。研究结果为痕量多气体的光声光谱检测提供了设计参考。; 赵彦东方勇华李扬裕李大成; 关键词：光声光谱有限元分析参数优化

中红外平面光栅光谱仪系统光学设计与优化被引量：4: 2015年; 利用红外热电堆阵列探测器作为光接收器,以小型化且能满足一定光谱工作范围和光谱分辨率为设计指标,根据光谱仪器设计理论和像差理论,设计了一种Czerny-Turner结构中红外平面光栅光谱仪。系统采用双离轴抛物面镜作为前置光路缩减了光学系统尺寸,采用超环面聚焦镜校正了像散。运用ZEMAX设计软件对中红外平面光栅光谱仪的前置光路、色散成像系统进行设计、优化和分析。最终分析结果表明,该系统光谱工作范围为8.04~13.96μm,光谱分辨率优于80 nm,F数为2,光学结构特征尺寸约为150 mm×200 mm×70 mm,满足设计指标。; 刘洋方勇华李大成李扬裕; 关键词：光学设计光栅光谱仪

基于ZnSe平板波导的小型光谱仪光学系统设计: 2016年; 一般光谱仪的小型化是通过缩小元件尺寸和元件间距离实现的，会降低仪器的性能。为实现高光通量、高光谱分辨率的红外光谱探测，提出一种基于ZnSe平板波导的小型光谱仪的设计方法。说明平板波导结构压缩光束的原理，根据介质中光栅的衍射特性，推导出光谱分辨率与各个参数的关系，给出一个小型光谱仪的具体设计。仪器的光谱范围为8～14μm，光谱分辨率为80nm，数值孔径为O-3，光学系统是一整块ZnSe平板波导，尺寸为70mm×70mm×4mm。并与相同设计指标下一般Czerny—Turner结构的光谱仪进行对比分析。结果表明基于ZnSe平板波导的小型光谱仪系统尺寸更小，光谱分辨率更高，光通量更大。; 李扬裕方勇华李大成; 关键词：光学设计平板波导光谱分辨率

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