Implementation of an improved sampling method for Fourier transform spectrometers

The Fourier transform spectrometer (FTS) measures the emission and/or absorption spectra in various applications, from laboratory analysis to the study by remote of atmospheres and surfaces of astronomical objects. It's very sensitive to speed disturbances during signal acquisition, resulting in spectral distortions and sometimes leading to irrecoverable errors. Few methods already exist to correct speed errors and retrieve correct spectral information. The most recent method allows to correct the speed errors by applying a phase demodulation of the interferogram of the reference laser evenly sampled in the time domain. Application of this method to FTS poses limitations not yet investigated in literature. In this work, the method performances have been analysed by means of numerical simulations assuming monoharmonic and complex speed disturbances, applied to monochromatic and continuous spectrum signals. A similar approach to perform phase demodulation, based on the Hilbert Transform has been also developed and compared to the existing method. Finally experimental activity on a laboratory mock-up has been performed to experimentally verify the numerical analysis. Results provided agreement with the numerical simulations, showing acceptable performance with speed disturbance amplitudes up to 20% of the nominal speed.

Lo spettrometro a trasformata di Fourier(FTS) misura gli spettri di emissione e/o assorbimento in varie applicazioni, dalle analisi di laboratorio allo studio da remoto di atmosfere e superfici di corpi celesti. È molto sensibile a disturbi di velocità durante l'acquisizione del segnale che generano distorsioni nello spettro e di solito portano ad errori che non possono essere recuperati. Esistono già alcuni metodi per correggere gli errori di velocità e recuperare l'informazione spettrale corretta. Il metodo più usato permette di correggere gli errori di velocità applicando una demodulazione di fase dell'interferogramma del laser di riferimento campionato a intervalli equispaziati nel tempo. A ogni modo l'applicazione del metodo agli FTS mostra alcuni limiti non analizzati in letteratura. In questo lavoro le prestazioni del metodo sono state analizzate attraverso simulazioni numeriche con disturbi di velocità monoarmonici e complessi, applicati a segnali di riferimento monocromatici e continui. Un approccio simile per realizzare la demodulazione basato sulla trasformata di Hilbert è stato realizzato e confrontato con il metodo esistente. Alla fine è stata effettuata attività sperimentale su un modello in laboratorio. I risultati ottenuti sono in accordo con le simulazioni numeriche, mostrando prestazioni accettabili con un disturbo di velocità con ampiezza del 20% rispetto alla velocità nominale.