一种基于pem的新型红外光谱反演方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种红外光谱反演方法，具体涉及一种基于PEM的新型红外光谱反演 方法，是一种采用弹光调制干涉具、无需知道零光程差点、高通量的红外光谱测量方法。
【背景技术】
[0002] 红外光谱测量技术及仪器在科学研究、环境监测、航天、军事、安全生产和化学分 析等方面有广泛的应用和迫切的需求。由于弹光调制器（Photoelastic Modulator, PEM) 的通光角孔径大、受光面积大、调制频率快、光谱范围宽等优点，使得PEM干涉具在大视场、 高速度、宽光谱测量中具有不可比拟的优势。
[0003] PEM干涉具的调制频率一般在20kHz-60kHz，理论上通过对PEM调制被测光的干涉 信号傅里叶变换就可以得到被测光谱。但是PEM调制光程差并不是随着时间是线性的，无 法使用快速傅里叶变换反演算法；采用波长较短、单宽极窄的激光作为参考光源实现等光 程差采样，但硬件上实现非常困难，且目前国内外未见到PEM光谱仪采用等光程差采样；而 等时间采样的干涉数据不满足笛卡尔网格采样条件，不能利用快速傅里叶变换算法；文献 [PEM-FTS非线性干涉信号的快速光谱反演算法，中国激光.2013,40 (5) :0515001]采用对 等时间采样干涉信号插值为等光程差的干涉信号，再对其进行快速傅里叶变换得到反演光 谱，即所谓的非均匀快速傅里叶变换，虽然该方法一定程度上解决了 PEM光谱仪光谱反演 的问题，但是该方法插值存在误差，并且需要得到零光程差的干涉强度和最大光程差才可 以正确反演光谱，最大光程差可以通过采用波长较短的激光作为参考得到，但零光程差的 干涉信号不一定真实采集到，往往是通过插值得到，这样就对反演光谱造成一定误差。
【发明内容】
[0004] 针对现有PEM光谱测量中无法实现等光程采样、且零光程差无法真正采集到等原 因造成的傅里叶光谱反演存在误差，提出一种非傅里叶变换的新型PEM红外光谱反演方 法，该方法只需以PEM驱动频率为参考，以等时间采样方式采集一个驱动周期的干涉信号， 无需知道零光程差点；最大光程差以短波长、单色性较好的632. Snm的氦氖激光器为参考 得到。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为： 一种基于PEM的新型红外光谱反演方法的装置，包括测量光路、实时检测PEM调制最 大光程差的参考光路和电脑；测量光路由起偏器、PEM调制器、检偏器和高速红外点探测器 组成，实时检测PEM调制最大光程差的参考光路由氦氖激光器、第二起偏器、反射镜、PEM调 制器、反射镜、第二检偏器和高速可见光电探测器组成；电脑用于控制PEM及对数据进行处 理。
[0006] 起偏器的偏振方向与检偏器的偏振方向互相垂直，PEM调制器的方向与起偏器 的偏振方向成45°角，第二起偏器的偏振方向与检偏器的偏振方向互相垂直，起偏器和第 二起偏器的偏振方向为45° ,PEM调制器的方向为0°，检偏器和第二检偏器的偏振方向 为-45。 。
[0007] -种基于PEM的新型红外光谱反演方法，按照以下步骤进行： a、 对PEM调制的干涉信号进行快速傅里叶变换，得到矩阵B :
b、 通过最大光程差Z0和测量光谱波段范围得到系数矩阵A :
c、 由
得到被测光光谱。
[0008] 最大光程差Z0由实时检测PEM调制最大光程差的参考光路得到，检测最大光程差 光路的光源米用波长较短、单色性较好的632. 8nm氦氖激光器。
[0009] 最低采样率应以测试光谱波段最小波长?;:、PEM驱动频率沒P PEM调制最大光程 差/〇为参考，采样率应大于等于
。
[0010] 本发明与现有技术相比所具有的有益效果为： 该方法无需对PEM调制的非线性光程差进行插值，减小了插值带来的误差；该方法也 无需完全采集到零光程差对应的干涉信号强度，由于PEM调制的干涉信号是以PEM驱动频 率:$为周期的正弦周期信号，因此只需采集:|时间长度的PEM调制干涉信号即可，与采样 的起始点和结束点无关；因此，该方法采集干涉信号更为方便，结果更为准确。
【附图说明】
[0011] 下面通过附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0012] 图1为基于PEM的新型红外光谱测量装置； 图2为PEM驱动信号与PEM调制干涉信号图； 图3为PEM调制干涉信号频谱图。
[0013] 图中1为起偏器、2为PEM调制器、3为检偏器、4为高速红外点探测器、5为氦氖激 光器、6为第二起偏器、7为反射镜、8为反射镜、9为第二检偏器、10为高速可见光电探测器、 11为电脑。
【具体实施方式】
[0014] 下面实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
[0015] 如图1所示，一种基于PEM的新型红外光谱反演方法的装置，被测光依此通过起偏 器1、PEM调制器2、检偏器3和高速红外点探测器4构成测量光路；实时检测PEM调制最大 光程差的参考光路由氦氖激光器5、第二起偏器6、反射镜7、PEM调制器2、反射镜8、第二检 偏器9和高速可见光电探测器10组成；电脑11用于控制PEM及对数据进行处理。
[0016] 为了消除干涉信号中直流的影响和提高干涉信号的对比度，起偏器1的偏振方向 与检偏器3的偏振方向互相垂直,PEM调制器2的方向与起偏器1的偏振方向成45°角，同 理，第二起偏器6的偏振方向与第二检偏器9的偏振方向互相垂直，为了方便，取起偏器1 和第二起偏器6的偏振方向为45°，PEM调制器2的方向为0°，第一检偏器3和第二检偏 器9的偏振方向为-45°。
[0017] 具体如下： 光经过起偏器1、PEM调制器2和检偏器3后的调制干涉信号为：
(1) 其中，别为被测光中的最小波长和最大波长，_为PEM调制器的最大调 制光程差，#为PEM调制器的驱动频率。
[0018] (1)式可近似写为：
(2) 其中，
，将上式