模板修饰基于DMD阿达玛变换近红外光谱仪性能优化研究

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在20世纪70年代,阿达玛变换方法被提出并逐步形成相对成熟的理论[1],随着机械式编码模板的出现,开始被应用于近红外光谱仪中。编码模板作为光谱仪中的的关键器件,采用机械式模板的光谱仪,其结构往往较为复杂、分辨率低、寿命短,相比于传统光谱仪并没有优势,因编码模板的限制,阿达玛变换光谱仪的发展速度大幅度降低。直至数字微镜阵列(Digital Micromirror Device,DMD)的出现,以DMD为核心部件的阿达玛变换光谱仪,呈现高信噪比、工作光谱宽、适应性强、成本低等优点[2,3],这使得阿达玛变换光谱仪又再次成为了研究热点。目前,阿达玛变换光谱仪的性能较最初有很大的提升,但仍有一些缺点,如因光谱仪内部光栅衍射、DMD自身的二维光栅衍射的影响、以及光源的光谱效率等多方面因素,造成整个工作谱段的能量分布极其不均匀,靠近中心波长处能量高,谱段边缘能量低,而这种不均匀分布,最终会导致整个谱段内吸光度受杂散光影响程度不一、信噪比不一致。往往能量低的谱段,受杂散光影响严重,吸光度低、信噪比也低、线性差;相反,能量高的谱段,受杂散光影响小,吸光度的值较高、线性好、信噪比高。本文在第一章与第二章给出了课题的基本背景,及应用的相关原理分析,并在第三张针对基于DMD的阿达玛光谱仪进行了一系列问题的讨论。课题分析了此种性能缺陷所带来具体影响,首先是,光谱能量分布不均匀,致使光强较弱的光谱波段信噪比较低,为基础提出了与各区域相对应的新型编码模板,利用DMD的可编程特点,改变扫描条纹宽度以匹配光谱强度分布状况,进而提高弱光谱段的信噪比,优化光谱分辨率。其次,发现这种能量不均匀分布造成低能量的谱段,受杂散光影响严重;相反,高能量谱段受杂散光影响较小。为此实验室基于新型扫描模板提出了分区域光谱测试方法,可以较为有效消除强光区域杂散光对弱光区域的影响,提高弱光区域吸光度的线性和准确性。并以此本文最后对所提出的方案进行了验证,结果表明:提出的方案可以有效的抑制、减小杂散光,提升光谱能量较弱的波段,减少能量损失,提升光谱的信噪比。
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