一种具有宽带光谱的光源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于材料分析的光源，更具体的说是涉及一种用于光谱分析与测量的具有宽带光谱设计特点的光源。
【背景技术】
[0002]目前，市场上光谱分析常用的宽带光源是氘钨灯，即或利用反射结构或利用透射结构将氘灯和钨灯所发出的光组合到一起做光谱分析测量之用。钨灯和氘灯的光谱图1所示(未做绝对光谱强度标定)，101是钨灯光谱，102是氘灯光谱，103是氘灯尖峰光谱656.lnm。图1中光谱是以CCD为探测器的光谱仪测量所得。其中钨灯光谱101中的可见光峰值在571nm至637nm之间。当用这类钨灯配合此类光谱仪进行光谱测量时，如需要增加整体光源强度(包括紫外光、可见光和近红外光)以增加近红外光时，当可见光部分强到一定程度时对此类光谱仪会产生饱和；此时光谱仪的探测器便不能正常工作。
[0003]为简明起见，仅以具有透射结构的氘钨灯作为一个例子说明，如图2所示。其设计是将卤钨灯201发出的光用透镜202聚焦并通过氘灯203灯泡中的小孔光栏后与氘灯发出的光合光得到宽带光谱204(如由荷兰Avantes公司生产的一种氘钨灯宽带光源-AvaLight-DH-S等)。由图1中光谱便知，此类氘钨灯存在两个固有的问题:一是氘灯光谱(紫外光到可见光)有部分尖峰光谱(如656.1nm等)而容易使光谱仪的探测器饱和；当饱和时光谱仪的探测器不能正常工作。虽然，有公司采用二色分光镜滤掉大部分656.1nm尖峰光谱以避免饱和问题(如由荷兰Avantes公司生产的一种氘钨灯宽带光源-AvaLight-DH-S-BAL等)，但相对而言会增加成本，因为二色分光镜要由镀膜工艺制作而成。二是因为CCD或CMOS光谱响应度在近红外光谱段很低，所以对于以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪，相应近红外光谱段的信噪比小而不利于光谱分析测量。虽然可以使用高功率钨灯以增加近红外光强度，但这会带来新的问题如加大功耗和产生更多热量等，而且在增加近红外光时，可见光部分也会增加，当可见光部分强到一定程度时对此类光谱仪会产生饱和；此时光谱仪的探测器便不能正常工作。
[0004]综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
【发明内容】
[0005]针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有宽带光谱的光源，该光源具有平缓宽带而且近红外光几乎加倍的宽带光谱，包括紫外光、可见光和近红外光，能解决宽带光谱中氘灯光谱有如656.1nm尖峰谱以及可见光相对紫外光、近红外光强度过大而容易使以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪的饱和问题，同时能够解决宽带光谱中近红外光信噪比低的问题。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供一种具有宽带光谱的光源，包括:第一光源、短波通滤光片、第二光源、可见衰减滤光片、第三光源、长波通滤光片以及合光装置，所述合光装置包括三个光输入接口以及一个光输出接口，其中第一光源为紫外光光源，第二光源为包括紫外光、可见光与近红外光的光源，第三光源为包括紫外光、可见光与近红外光的光源或近红外光光源，
[0007]所述第一光源发出的光经过所述短波通滤光片后得到平缓的紫外光，所述平缓的紫外光耦合进入所述合光装置的第一个光输入接口；
[0008]所述第二光源产生的光经过所述可见衰减滤光片后得到可见光部分被衰减的光，所述可见光部分被衰减的光耦合进入所述合光装置的第二个光输入接口；
[0009]所述第三光源产生的光经过所述长波通滤光片后得到近红外光，所述近红外光耦合进入所述合光装置的第三个光输入接口；
[0010]所述合光装置将由所述三个光输入接口进入的光进行合光后经所述光输出接口输出包括紫外光、可见光和近红外光的平缓宽带光谱。
[0011]根据本发明的光源，所述合光装置包括第一个二合一 Y型光纤以及第二个二合一Y型光纤，
[0012]所述第一光源发出的光经过所述短波通滤光片后耦合进入所述第一个二合一 Y型光纤的其中一个输入接头，所述第二光源产生的光经过所述可见衰减滤光片后耦合进入所述第一个二合一 Y型光纤的另一输入接头；
[0013]所述第一个二合一 Y型光纤的输出接头连接所述第二个二合一 Y型光纤的其中一个输入接头，所述第三光源产生的光经过所述长波通滤光片后耦合进入所述第二个二合一Y型光纤的另一输入接头；
[0014]所述第二个二合一 Y型光纤的输出接头输出包括紫外光、可见光和近红外光的平缓宽带光谱。
[0015]根据本发明的光源，所述合光装置包括三合一光纤，三合一光纤包括三个光输入接头以及一个光输出接头，
[0016]所述第一光源发出的光经过所述短波通滤光片后耦合进入所述三合一光纤的第一个光输入接头，所述第二光源产生的光经过所述可见衰减滤光片后耦合进入所述三合一光纤的第二个光输入接头，所述第三光源产生的光经过所述长波通滤光片后耦合进入所述三合一光纤的第三个光输入接头；
[0017]所述三合一光纤的光输出接头输出包括紫外光、可见光和近红外光的平缓宽带光並L曰O
[0018]根据本发明的光源，采用近红外光多耦合、可见光及紫外光少耦合的方法，即第三光源所用的光纤采用较大芯径的光纤以平衡各部分的光强。
[0019]根据本发明的光源，所述光纤为分叉或分劈式。
[0020]根据本发明的光源，所述光与光纤接头的输入或输出耦合为直接耦合或用透镜耦入口 ο
[0021]根据本发明的光源，所述合光装置包括第一合光片、第二合光片、第一反射镜以及第二反射镜，
[0022]所述第一光源发出的光经过所述短波通滤光片后经所述第一反射镜反射到达所述第二合光片；
[0023]所述第二光源产生的光经过所述可见衰减滤光片后进入第一合光片，所述第三光源产生的光经过所述长波通滤光片后经所述第二反射镜反射进入所述第一合光片，所述第一合光片将所述第二光源和第三光源产生的光进行合光后输出至所述第二合光片；
[0024]所述第二合光片将由所述第一合光片输出的光与所述第一光源产生的光合光后输出包括紫外光、可见光和近红外光的平缓宽带光谱。
[0025]根据本发明的光源，所述第二光源以及所述第三光源的输出光强通过调节其驱动电流进行调节。
[0026]根据本发明的光源，所述第一光源、第二光源和第三光源的光输出接口还设置有用于平衡光强的中性光衰减片。
[0027]根据本发明的光源，所述第一光源为氘灯、氢灯或氙灯，所述第二光源为钨灯或氙灯，所述第三光源为钨灯或氙灯。本发明要解决的技术问题之一是针对宽带光谱光源中氘灯光谱(紫外光到可见光)有位于可见光内的尖峰，如656.1nm而容易使光谱仪的探测器饱和的问题，而提出的滤掉其可见光的设计方案。
[0028]为解决上述技术问题，本发明提出的截断尖峰光谱部分的设计，即用短波通滤光片将紫外光光源的包含656.1nm尖峰的可见光滤掉得到平缓的紫外光谱，再将此平缓紫外光和第二光源光谱产生的紫外光、可见光与近红外光，以及第三光源产生的近红外光谱合并即可得平缓宽带而且近红外光几乎加倍的宽带光谱，包括紫外光、可见光和近红外光。
[0029]本发明要解决的技术问题之二是针对以C⑶或CMOS作为探测器的光谱仪，宽带光谱光源中可见光相对紫外光、近红外光强度过大而容易使以C⑶或CMOS作为探测器的光谱仪饱和的问题而提出的用衰减滤光片衰减可见光的设计方案。
[0030]为解决上述技术问题，本发明提出的用可见衰减滤光片将第二光源光谱中紫外光和可见光部分减少以平衡其与紫外光和近红外光的相对强度。当增加整体光源强度包括紫外光、可见光和近红外光时，可见光部分不会对以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪饱和。
[0031]本发明要解决的技术问题之三是针对以CXD或CMOS作为探测器的光谱仪，红外谱响应度低，相应的信噪比小不利于光谱分析测量的问题而提出的双钨灯近红外光叠加设计方案。
[0032]为解决上述技术问题，本发明提出的采用第二光源和第三光源的近红外光叠加设计以加大近红外谱部分而提高其信噪比，即用长波通滤光片将第三光源的紫外光和可见光滤掉得近红外光谱。再将第一光源产生的平缓紫外光和第二光源产生的紫外光、可见光与近红外光，以及第三光源产生的近红外光合光即可得平缓宽带而且近红外光几乎加倍的宽带光谱，包括紫外光、可见光和近红外光。
[0033]本发明的整体技术效果体现在以下方面。
[0034](—)在本发明中，本发明要解决的技术问题之一是针对宽带光谱中氘灯光谱有如656