[发明专利]一种退卷积的超高光谱分辨率增强方法

摘要

本发明公开了一种退卷积的超高光谱分辨率增强方法，具体涉及光谱分析技术领域。该方法首先建立基于受激布里渊效应的光谱分析系统中单模保偏光纤产生的受激布里渊增益谱数学模型，然后在光谱分析系统的每一光谱采样点，基于受激布里渊增益谱数学模型，对测量得到的超高光谱进行退卷积，最后采用帕德逼近光谱拟合方法消除退卷积得到的超高光谱中可能存在的光谱缺陷，从而实现超高光谱分辨率的增强。本发明采用的光谱分辨率增强方法，极大的提高基于受激布里渊效应的光谱分析系统的光谱分辨率能力，突破受激布里渊增益谱宽对于光谱分析系统的光谱分辨率限制，将光谱分辨率由受限的几十MHz提高到1MHz以下。

主权项

1.一种退卷积的超高光谱分辨率增强方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：首先根据式(1)建立基于受激布里渊效应的光谱分析系统中单模保偏光纤链路中产生的受激布里渊增益谱的数学模型：其中，g_B(ν)为受激布里渊增益谱，g₀为受激布里渊谱峰值，C和1‑C为常数分别表示洛伦兹线型和高斯线型所占权重，p＝(n²‑1)(n+2)/3为光纤的电致伸缩系数，ρ为光纤纤芯材料密度，c为真空中的光速，ν_B为布里渊增益谱频率(单位为Hz)，△ν_p为泵浦信号谱宽，ν_B＝1/(2πT_B)为布里渊增益谱宽，T_B为光纤中的声子寿命，g_esp(ν)表示光纤自发布里渊散射等引入的光谱分量，通常用高斯函数线型表示；步骤2：光谱分析系统测量得到的光谱采用式(2)中Sm(ν)表示，在光谱分析系统的每一光谱采样点，基于受激布里渊增益谱数学模型，对测量得到的超高光谱进行退卷积，Sm(ν)＝Sr(ν)×gB(ν)                                     (2)光谱分析系统测量得到的光谱Sm(ν)通常可表示为真实光谱Sr(ν)与受激布里渊增益谱gB(ν)的卷积，对测量得到的光谱Sm(ν)移除光谱分析系统的仪器线型函数，即移除受激布里渊增益谱gB(ν)对于测量光谱的影响，即可得到测量目标的真实光谱Sr(ν)，得到的分辨率增强的目标光谱Sp(ν)，如式(3)所示：Sp(ν)＝IFFT{FFT(Sm(ν))./FFT(gB(ν))}                      (3)对测量得到的光谱Sm(ν)移除光谱分析系统的仪器线型函数，即移除受激布里渊增益谱对于测量光谱的影响，即可得到测量目标的真实光谱，从而可实现光谱分析系统的光谱分辨率增强，此过程即为退卷积，得到的分辨率增强的目标光谱Sp(ν)可由下式给出：Sp(ν)＝IFFT{FFT(Sm(ν))./FFT(gB(ν))}                        (4)其中，FFT表示傅里叶变换，IFFT表示逆傅里叶变换；步骤3：采用帕德逼近光谱拟合方法消除退卷积得到的超高光谱中存在的光谱缺陷，对目标光谱Sp(ν)进行光谱拟合，并与拟合结果进行比较，如果两者偏差超过20％，则用拟合值代替光谱Sp(ν)的对应光谱采样点，从而最终得到分辨率增强的目标光谱Suh(ν)。