基于弹光效应的光谱测量装置及光谱测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于弹光效应的光谱测量装置，属于光学测量【技术领域】。该装置包括沿入射光依次设置的第一偏振片、光弹性材料、第二偏振片、光探测器，以及可对所述光弹性材料施加一系列不同压力的施压装置，第一偏振片的偏振方向与所述光弹性材料的光轴方向既不平行也不垂直。本发明还公开了一种基于弹光效应的光谱测量方法，利用弹光效应改变在介质中所传播入射光的折射率，使得光弹性材料在相同的外力下，不同波长的光通过光弹性材料后两束双折射光之间的相位差不同，结合偏振片从而达到改变出射光强的目的；通过测量不同外力下的光强度，并求解线性方程组获得待测入射光的频谱。本发明具有成本较低、分辨率高、光谱测量范围宽等优点。
【专利说明】基于弹光效应的光谱测量装置及光谱测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光谱测量装置，尤其涉及一种基于弹光效应的光谱测量装置及光谱测量方法，属于光学测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光谱仪是研究、测定光辐射的波长、强度特性及其变化规律的光学仪器。它应用光的色散原理、衍射原理或光学调制原理，将不同波长的光辐射按照一定的规律分开，形成光谱，配合一系列光学、精密机械、电子和计算机系统，实现对光辐射的波长和强度的精密测定和研究。光谱仪具有分析精度高、测量范围大、速度快等优点，如今它的应用领域已经越来越广泛，如在天文观测、生物研究、医学及医药研究、国防、石油化工等。由于其重要的科研价值，光谱仪更加受到人们的关注，它已成为现代科学仪器的中重要的一个组成部分。(参见文献[李全臣，蒋月娟。光谱仪器原理[M]，北京；北京理工大学出版社，1999])。
[0003]然而，随着科学技术的迅猛发展，对光谱仪提出了更高的要求。特别是在如地质矿产勘探、微流控和星载分析等一些特殊场合，需要光谱仪能抗振动干扰能力强、光谱测量分辨率高、测量的波长范围大、功耗小和能够快速、实时、直观地获取光谱信号，显然，传统的光谱仪器很难同时达到上述要求。譬如目前商用傅里叶变换光谱仪不仅体积较大、对振动敏感、测量范围主要在红外波段，而且其分辨率受动镜移动范围影响，因此不适于野外等特殊环境测量；而光栅光谱仪分辨率不高，价格也不菲(参见文献[YangJae—chang， et al.Micro-electro-mechanical-systems-based infrared spectrometercomposed of mult1-slit grating and bolometer array, Jap.J.0f App1.Phys.47 (8) ,6943-6948 (2008) ])o
[0004]因此，对于光谱仪来说，要求其能够降低成本，性能上能够达到较高的光谱分辨率，结构简单并且易于制作，用现有的技术很难实现。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的成本较高、制作困难、对振动敏感、分辨率不高、光谱测量范围较窄等技术问题，提供一种基于弹光效应的光谱测量装置及光谱测量方法。
[0006]本发明基于弹光效应的光谱测量装置，包括沿入射光依次设置的第一偏振片、光弹性材料、第二偏振片、光探测器，以及可对所述光弹性材料施加一系列不同压力的施压装置，第一偏振片的偏振方向与所述光弹性材料的光轴方向既不平行也不垂直。
[0007]进一步地，所述光谱测量装置还包括设置于第一偏振片之前的光学准直装置。
[0008]优选地，所述光学准直装置包括两个共焦的透镜，以及设置于所述两个透镜之间共同焦点处的小孔光阑。
[0009]进一步地，所述光谱测量装置还包括与所述光探测器信号连接的计算处理单元。从而可根据光探测器的测量结果自动实现光谱复原及结果输出。[0010]优选地，所述计算处理单元与所述施压装置的控制端连接，可对施压装置所施加的压力进行控制。
[0011]本发明基于弹光效应的光谱测量方法，使用以上任一技术方案所述光谱测量装置，该方法包括以下步骤:
步骤1、将所述光探测器所能探测的波长范围等分为个波长间隔为△』的波长段，η为大于I的整数，各波长段的中心波长为』7，λ 2^'" λ η'-
步骤2、令待测入射光依次通过第一偏振片、光弹性材料、第二偏振片，并通过所述施压装置施加/7个不同的压力，用这/7个压力下所述光探测器所探测到的值分别减去环境噪声后，得到一组数值，记为/,，I2,…In'
步骤3、通过求解以下方程组得到待测入射光中各波长分量』7，?的大小/U,)，Ι{λ2),-Ι{λη):
【权利要求】
1.基于弹光效应的光谱测量装置，其特征在于，包括沿入射光依次设置的第一偏振片、光弹性材料、第二偏振片、光探测器，以及可对所述光弹性材料施加一系列不同压力的施压装置，第一偏振片的偏振方向与所述光弹性材料的光轴方向既不平行也不垂直。
2.如权利要求1所述基于弹光效应的光谱测量装置，其特征在于，还包括设置于第一偏振片之前的光学准直装置。
3.如权利要求2所述基于弹光效应的光谱测量装置，其特征在于，所述光学准直装置包括两个共焦的透镜，以及设置于所述两个透镜之间共同焦点处的小孔光阑。
4.如权利要求1所述基于弹光效应的光谱测量装置，其特征在于，还包括与所述光探测器信号连接的计算处理单元。
5.如权利要求4所述基于弹光效应的光谱测量装置，其特征在于，所述计算处理单元与所述施压装置的控制端连接，可对施压装置所施加的压力进行控制。
6.基于弹光效应的光谱测量方法，使用如权利要求1~5任一项所述基于弹光效应的光谱测量装置，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、将所述光探测器所能探测的波长范围等分为个波长间隔为△』的波长段，η为大于I的整数，各波长段的中心波长为』7，λ 2^'" λ η'- 步骤2、令待测入射光依次通过第一偏振片、光弹性材料、第二偏振片，并通过所述施压装置施加/7个不同的压力，用这/7个压力下所述光探测器所探测到的值分别减去环境噪声后，得到一组数值，记为/,，I2,…In' 步骤3、通过求解以下方程组得到待测入射光中各波长分量』7，?的大小/U,)，Ι{λ2),-Ι{λη):
7.如权利要求6所述基于弹光效应的光谱测量方法，其特征在于，利用Tikhonov正则化的方法求解所述方程组。
【文档编号】G01J3/45GK103759831SQ201410001178
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】许超, 杨涛, 蔡祥宝, 李兴鳌, 周馨慧, 仪明东, 何浩培, 黄维 申请人:南京邮电大学