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关键词：
近红外光谱法,反向区间偏最小二乘法,慈竹,物理力学性质
发表时间：
2012-02-06 10:42:54
非对等FOV作用下的高分辨率FTIRS仪器线型函数研究
张军 | -> | 733| 0| 493.072MB |非对等视场角,傅里叶红外光谱仪,仪器线型函数,高分辨率
摘 要 视场角（ＦＯＶ）是仅次于最大光程差、决定高分辨率傅里叶红外光谱仪（ＦＴＩＲＳ）仪器线型函数（ＩＬＳ）的重要因素。由于光学设计和装调原因，理论为圆形ＦＯＶ的扩散光束，到达探测器端时，其水平和垂直方向上的ＦＯＶ值往往不再严格对等。对此，提出了以椭圆形面光源取代传统文献中的圆形面光源来反映这种非对等性，并结合最大光程差参数，给出了非对等ＦＯＶ作用下的高分辨率ＦＴＩＲＳ仪器线型函数的数学和图形表述。通过比较高分辨率ＦＴＩＲＳ实测ＣＯ标气获得的光谱，与非对等ＦＯＶ、对等ＦＯＶ作用下的理论光谱，发现非对等ＦＯＶ作用下的理论谱与实测谱的差谱ＲＭＳ值较对等ＦＯＶ获得的差谱ＲＭＳ值更小，在最大吸收峰附近的差谱变化更为平缓。表明了这种非对等ＦＯＶ作用下的ＩＬＳ函数，较对等ＦＯＶ作用下的ＩＬＳ函数能更精确的反映高分辨率ＦＴＩＲＳ对谱线的真实响应。
傅里叶红外光谱仪ＦＴＩＲＳ以其灵敏度高、分析速度快的特点，已经成为化学分析中的有力工具。近年来，随着环境问题的日益严峻，尤其是高空大气污染的快速准确监测问题对ＦＴＩＲＳ提出了新的需求。然而，常规实验室使用的通用型ＦＴＩＲＳ，由于光谱分辨率较低（＞１ｃｍ－１），无法观察到谱线的精细结构，使后续在微窗口（波数区间）内进行大气成份反演的算法［１］遇到了困难。针对这种情况，国外开展了高分辨率（＜１ｃｍ－１）ＦＴＩＲＳ的研制，有代表性的如加拿大的ＡＣＥ－ＦＴＩＲＳ和美国的ＴＥＳ－ＦＴＩＲＳ［２，３］，其光谱分辨率分别达到了０．０２和０．０２５ｃｍ－１。尽管高分辨率傅里叶红外光谱仪结构复杂、造价高，但其高的光谱分辨率足以观察到单色谱线附近的详细吸收情况，为检验ＦＴＩＲＳ仪器线型函数ＩＬＳ（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌ ｌｉｎｅ ｓｈａｐｅ，也有文献称仪器响应函数）理论模型的合理性、准确性提供了帮助，并可为后续的微窗口大气成份反演算法ＳＦＩＴ２［４，５］提供精确的输入参数。
与通用型的低分辨率ＦＴＩＲＳ一样，高分辨率ＦＴＩＲＳ的ＩＬＳ函数本质上反映的也是仪器对不同谱线的响应程度，不同的是，对高分辨率光谱仪，ＩＬＳ函数不再仅依赖于最大光程差，由扩展光源造成的视场角ＦＯＶ（ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）对ＩＬＳ函数的影响已不能忽略。国外文献［６，７］有报道借助反卷积和拟合的方法，从高分辨率ＦＴＩＲＳ测量的光谱中提取ＩＬＳ函数，并获得了较精确的结果。然而，这种方法仅仅是获得数学意义上的逆向解，无法从正向考察和解释ＦＯＶ对ＩＬＳ的影响程度。一些代表性的传统文献［８］中，也仅仅考虑了圆形ＦＯＶ对ＩＬＳ函数的影响。部分实用的红外光源产品手册［９］中，给出的也仅是水平或垂直方向的一维ＦＯＶ指标（光强－
配光角曲线）。然而，由于光学设计和装调的原因，对实际光谱仪探测器端的ＦＯＶ测量发现，其在水平方向和垂直方向的测量值并不完全一致，而存在毫弧度或亚毫弧度的差别，即由圆形面光源发出的ＦＯＶ 对等的光束经过光学系统后，不再是对等的。对使用广泛的低分辨率ＦＴＩＲＳ来说，这种不
对等性在测量谱中几乎反映不出来，因为低的分辨率足以包络掉ＦＯＶ对测量光谱的影响。然而，对高分辨率ＦＴＩＲＳ，这种不对等性在测量谱中可以很明显的观察到，因而不能忽视这种差异。
对此，本文提出了一种以椭圆形发光面产生的非对等ＦＯＶ代替传统文献中使用的圆形发光面产生的对等ＦＯＶ，来研究其对高分辨率光谱的响应情况。为表述方便，非对等ＦＯＶ和对等ＦＯＶ 以下分别称为ＵＦＯＶ（ｕｎｅｑｕａｌ ｆｉｅｌｄ ｏｆｖｉｅｗ）和ＥＦＯＶ（ｅｑｕａｌ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）。
配光角曲线）。然而，由于光学设计和装调的原因，对实际光谱仪探测器端的ＦＯＶ测量发现，其在水平方向和垂直方向的测量值并不完全一致，而存在毫弧度或亚毫弧度的差别，即由圆形面光源发出的ＦＯＶ 对等的光束经过光学系统后，不再是对等的。对使用广泛的低分辨率ＦＴＩＲＳ来说，这种不
对等性在测量谱中几乎反映不出来，因为低的分辨率足以包络掉ＦＯＶ对测量光谱的影响。然而，对高分辨率ＦＴＩＲＳ，这种不对等性在测量谱中可以很明显的观察到，因而不能忽视这种差异。
对此，本文提出了一种以椭圆形发光面产生的非对等ＦＯＶ代替传统文献中使用的圆形发光面产生的对等ＦＯＶ，来研究其对高分辨率光谱的响应情况。为表述方便，非对等ＦＯＶ和对等ＦＯＶ 以下分别称为ＵＦＯＶ（ｕｎｅｑｕａｌ ｆｉｅｌｄ ｏｆｖｉｅｗ）和ＥＦＯＶ（ｅｑｕａｌ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）。
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