彈光調(diào)制傅里葉變換光譜儀穩(wěn)定性研究.pdf

1、彈光調(diào)制傅里葉變換光譜儀作為一種高速、高靈敏度、寬光譜范圍的光譜測(cè)量技術(shù),在深空探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)、國(guó)防建設(shè)等瞬態(tài)光譜探測(cè)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。彈光調(diào)制器作為彈光調(diào)制傅里葉變換光譜儀的核心干涉部件,在工作過(guò)程中普遍存在因熱耗散導(dǎo)致的調(diào)制效率降低和光程差不穩(wěn)定現(xiàn)象,制約著彈光調(diào)制傅里葉變換光譜儀的波長(zhǎng)精密度和測(cè)量穩(wěn)定性。因此,如何降低熱耗散對(duì)彈光調(diào)制器光程差穩(wěn)定性的影響,使彈光調(diào)制傅里葉變換光譜儀在長(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)程中保持高

2、的測(cè)量穩(wěn)定性,成為彈光調(diào)制傅里葉變換光譜儀需要解決的重要科學(xué)問(wèn)題。
　　論文基于彈光調(diào)制傅里葉變換光譜技術(shù)的基本原理及多物理場(chǎng)耦合特性,對(duì)彈光調(diào)制傅里葉變換光譜儀的穩(wěn)定性進(jìn)行研究,開(kāi)發(fā)出了高穩(wěn)定性彈光調(diào)制干涉儀及控制系統(tǒng)。
　　首先,論文研究了熱耗散對(duì)彈光調(diào)制器穩(wěn)定性的影響機(jī)理?；趶椆庹{(diào)制器振動(dòng)模態(tài)和損耗類型,分析了匹配特性對(duì)彈光調(diào)制器振動(dòng)性能的影響;結(jié)合彈光調(diào)制器的溫漂模型及頻率漂移模型,分析了熱耗散對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)器和彈光晶

3、體品質(zhì)因數(shù)及匹配特性的影響,得到了熱耗散對(duì)彈光調(diào)制器的調(diào)制效率和光程差穩(wěn)定性的影響特性,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為彈光調(diào)制傅里葉變換光譜儀穩(wěn)定性研究,奠定了理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　其次,為降低彈光調(diào)制器工作過(guò)程中的升溫幅度,提出了一種反諧振匹配型彈光調(diào)制器設(shè)計(jì)方案?；诟邏候?qū)動(dòng)下壓電體的電致伸縮效應(yīng),對(duì)比了諧振匹配方案與反諧振匹配方案的品質(zhì)因數(shù)和調(diào)制效率,分析了反諧振匹配方案對(duì)升溫幅度的降低作用,并結(jié)合研制的高壓驅(qū)動(dòng)電路對(duì)方案的可行性進(jìn)

4、行了驗(yàn)證。
　　第三,為消除熱耗散對(duì)彈光調(diào)制傅里葉變換光譜儀穩(wěn)定性的影響,在反諧振匹配的基礎(chǔ)上,研制出帶寬匹配型彈光調(diào)制器及雙閉環(huán)自適應(yīng)控制系統(tǒng)。以彈光調(diào)制器匹配特性和調(diào)制效率為基礎(chǔ),分析了初始頻率偏移量與驅(qū)動(dòng)頻率間的函數(shù)關(guān)系,建立了包含驅(qū)動(dòng)頻率、升溫幅度和光程差因子的穩(wěn)定控制數(shù)學(xué)模型,結(jié)合Lyapunov穩(wěn)定控制理論完成控制系統(tǒng)硬件及程序設(shè)計(jì)。
　　最后,將多次反射方式與帶寬匹配型彈光調(diào)制器相結(jié)合,搭建了彈光調(diào)制傅里葉變換