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由于傅立叶变换红外光谱仪广泛应用于工业、农业、气象及环境科学、医药科学、食品加工等广大领域并发挥着重要作用,对傅立叶变换红外光谱仪的研究就显得非常重要和有意义。 傅立叶变换红外光谱仪的核心部件是Michelson干涉仪或以此结构改进的其它干涉仪,由于动镜在直线运动扫描过程中容易发生倾斜,导致干涉调制度下降。为了解决动镜倾斜所导致的干涉效率问题,提出了旋转结构形式的干涉仪,但是旋转结构型干涉仪的行程较短,分辨率较低,无法满足在环境监测领域中对一些气体的探测。虽然Michelson干涉仪在扫描过程中动镜容易发生倾斜,但是采用定镜动态自准直技术后,不但可以解决动镜扫描过程中的轴承偏摆问题,而且对轴承性能的要求也不再很苛刻。鉴于此,采用Michelson干涉仪结构,再结合自准直技术,这样既能满足高分辨光谱仪的要求,又能使动镜倾斜问题得到解决。本文主要分析了影响光谱仪的一些性能因素,在此基础上分析和仿真了四种旋转型干涉仪结构,然后研究了干涉仪中镜面面形误差和动镜倾斜误差对干涉仪性能的影响,最后结合自准直技术对光谱仪的一些性能指标进行了测试,同时对该光谱仪的应用前景作了展望。其主要研究内容包括: 1.讨论分析了影响红外光谱仪性能的一些因素,具体表现为:不良驱动导致动镜倾斜,而动镜倾斜使干涉调制度下降和信噪比降低;温度的变化会使光谱仪的100%线不稳定,进而影响着测量的精度;外界环境对光谱仪的机械振动和驱动的非线性会对光谱仪测量的光谱产生“鬼线”。 2.根据Michelson干涉仪结构及其影响性能因素基础上,分别讨论了四种旋转型干涉仪结构。结合它们各自干涉仪结构特点,推导了它们的光程差表达式,进一步仿真分析了光程差和旋转速度随旋转角度的变化关系。这四种旋转型干涉仪结构具有抗倾斜、结构紧凑等优点,但由于这四种旋转型干涉仪的行程较短,限制了高分辨光谱仪的要求。 3.镜面误差影响着干涉仪性能,分析了圆形孔径和矩形孔径两种情况下镜面误差对干涉调制度的影响。根据分析结果和结合干涉调制度要求,圆形孔径和矩形孔径的面形误差应控制在一定的误差容限范围内。同时,使用ZYGO干涉仪对五组圆形镜面的误差进行了测量,并对实验结果进行了分析讨论。 在分析镜面误差对干涉仪性能影响后,又通过理论推导了圆形孔径和矩形孔径两种情况下动镜倾斜对干涉调制度的影响,根据分析结果可知,倾斜角度的大小与波长和孔径大小有关。在干涉调制度要求下,倾斜角度应控制在容限角度内。动镜在扫描过程中,可能出现各种倾斜误差,仿真分析了倾斜误差对单色光干涉图和光谱图的影响。实际中,动镜倾斜误差是各种倾斜误差的叠加。 4.在分析了干涉仪结构特点和影响光谱仪性能因素的基础上,为了实现高分辨光谱仪的要求,选用经典Michelson干涉仪结构,这样做可以使光程差较大,同时再结合自准直技术,可以解决动镜倾斜问题。介绍了傅立叶变换红外光谱仪中各自部件的性能特点,使各个部件组合起来误差最小,达到最优。采用自准直技术,对红外光谱仪的一些性能指标进行了测试,测试结果表明,完全达到了预期指标。