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环境光学监测技术的发展迫切需要小型化、高分辨率、高精度、宽光谱范围的傅里叶变换光谱仪。傅里叶变换光谱仪对反射镜移动的方向性、准直性、均匀性等苛刻要求,制约了傅里叶变换光谱仪的小型化和在我国的发展。光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)由光纤宽带耦合器代替分束镜,光纤代替传统光路,无运动部件的光纤拉伸器代替反射镜组成,它具有小型化、高波数精度、高分辨率等优点。
本文从FFTS的基本方程出发,分析了仪器谱线函数和光谱分辨率,设计了大光程扫描范围的光纤拉伸器,在光纤干涉仪两臂各长约55m的情况下实现了等臂长。从数值模拟和实验研究了均匀抽样方法,实现了干涉图的等间隔采样。提出了用一路参考光信号及其Hilbert变换实现干涉图采样初始位置的确定,设计了FFTS的采样系统。研究了用乘积法校正由于光纤色散引起的相位误差。研究了干涉图的对称化方法,消除了光纤色散、干涉仪缺陷和抽样偏心等对谱线的影响。研制完成了基于光纤Mach-Zehnder结构的FFTS,用乘积法和卷积法进行了相位误差校正。用FFTS测量了半导体激光器不同注入电流下的辐射谱,和标准谱线基本重合;并用FFTS测量了溴钨灯的谱,考虑光纤耦合器分束比跟波长的依赖关系,测量的谱线和标准谱线是基本一致的。获得FFTS的光谱分辨率为3.1cm-1。