第36卷，第2期 2016年2月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
数字微镜哈达玛光谱仪谱线弯曲的分析与修正
Vol, 36 ,No. 2 -pp555-560 February2016
全向前1，2，刘华*，卢振武，王晓朵2，党博石，，陈祥子2，王芳
1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033 2，申国科学院大学，北京100049
摘要由于数字微镜（digitalmicro-mirrordevice，DMD)哈达玛变换光谱仪其成本低，光能利用率高及无运动部件等优势，逐渐成为光谱仪领域的研究重点。研制了一款基于DMD的哈达玛变换光谱仪。为了解决光谱仪谱线弯曲造成的光谱分辨率下降的可题，对基于DMD的哈达玛变换光谱仪中的谱线弯曲所号起的谱带混叠进行了分析。首先，导出了谱带混叠与谱线弯曲的关系式。然后，提出了两个过程来解决谱带混叠，一是通过调整DMD编码条纹，使DMD所编码的谱带最大限度地与标准谱带重合：二是通过数据处理对谱带混叠进行修正。最后，通过对谱线曲率半径为5.8×10°，7.8×10°和9.7X10°m等六种情况下谱带混登进行广分析与修正，拟合出光谱混叠和修正效果与谱线曲率半径的关系。结果表明：对于不司程度的谱线弯曲经过这两个过程修正后，分辨率都会改善到接近光学系统的分辨率，说明这两个过程对修正谱线弯曲具有普适性、并且方法简单、有效。
关键词光谱仪；光谱修正；数据处理；哈达玛变换；DMD（digitalMicro-mirrordevice）
中图分类号：0433.4
文献标识码：A
引言
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2016 )02-0555-06
谱仪分辨率的下降
本工作对DMD哈达玛变换光谱仪中DMD面上谱线弯曲造成的谱带混叠进行了分析，并首次提出调整DMD编码
哈达玛变换光谱仪是继傅里叶变换光谱仪之后又一新型的数字变换光谱仪1-2。由于DMD分光器件的引人使得哈达玛编码灵活多变，易于编程控制3-4」，同其他光谱仪一样，谱带混叠现象作为影响哈达玛变换光谱仪分辨率的重要因素，一直备受人们的关注。国内外许多专家学者对这方面进行过研究。Qian等提出了一种独立分量分析的方法，用来提高 DMD哈达玛变换光谱仪的分辨率」。周锦松等对哈达玛成像光谱仪编码模板尺寸引起的谱带混叠进行了分析，通过上位机的数据处理对谱带混叠进行了修正[-7]。Xu等对哈达变换光谱仪中的小微镜进行了分析研究，重新设计了编码模板和修正算法[8-9]
本课题组研制了一款波长为1000～1600nm的微小型近红外哈达玛变换光谱仪，光学系统的分辨率为4nm，哈达玛变换阶数为255阶。设计时为广提高光学系统的光谱分辨率，在光栅后引入了柱面镜]。柱面镜的引入使得投射到 DMD上的谱线出现弯曲，DMD上所编码的谱带面积Sifeatie 和标准谱带面积Stmdm存在差异，造成谱带混叠进而导致光
收稿日期：2014-07-17，修订日期：2014-11-09
条纹和数据处理相结合的方法对谱带混叠进行修正，降低了光学设计的难度。仿真结果表明：这两种方法可以有效地修正谱线弯曲带来的光谱分辨率下降间题。
哈达玛变换光谱仪编码原理 1
如图1所示，哈达玛变换光谱仪系统主要分为：光源系统、分光系统、编码系统、探测系统、信息处理系统[12-14]。照明光依次经过准直镜、狭缝、样品池，然后经过光栅分光，再经过柱面镜投射到具有光谱选通功能的DMD上。通过缩程控制DMD中小微镜的翻转对光路进行调制缩码，探测器探测到编码后的光谱数据，经过上位机的解码，还原光谱数据，其实质就是组合称量的过程。光谱数据为X：，X2，X：，通过三次组合称量分别测得Y1，Y。，Y3，经过计算机解码处理得到X1，X，Xs。通过这种方法可以提高测量信号的信噪比，减小测量数据的均方根误差。哈达玛变换的矩阵表示如式(1)5
基金项目：国家自然科学基金重点项目(61137001)，国家重大科学仪器设备开发专项(2013YQ140517)资助
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作者简介：全向前，1989年生，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士研究生
*通讯联系人e-mail：girlliuhua@ sohu-com