自校准光源光谱调谐器的制造方法
【专利摘要】自校准光源光谱调谐器，涉及光辐射计量领域，解决了目前还没有兼顾宽带和窄带特点的色散相减型光谱调谐器的问题。该调谐器中的光源的光线经前置光学系统聚焦于入射狭缝，入射光经第一凹面镜准直成平行光入射至第一平面光栅上，经第一平面光栅色散后再经第一凹面镜聚焦于数字微镜装置表面形成光谱，经数字微镜装置反射后的反射光经第二凹面镜准直，经第二平面光栅消色散后再经第二凹面镜聚焦于出射狭缝形成输出光。本发明为自校准光源提供窄带和宽带两种工作模式，使光源兼具有宽窄带光源的优点，可根据需要自行改变光源光强，降低自校准光源光谱杂散光，使其满足在实际大气光谱辐亮度下定标的需求。
【专利说明】自校准光源光谱调谐器
【技术领域】
[0001]本发明涉及光辐射计量【技术领域】，具体涉及一种自校准光源光谱调谐器。
【背景技术】
[0002]近一、二十年，辐射计量测试技术发展十分迅速，一些工业先进国家如美国、英国、德国在黑体型光谱辐射标准基础上相继建立了同步辐射型光谱辐射标准，发展出了光谱辐照度标准石英卤钨灯和灯照积分球等光谱辐照度和光谱辐亮度传递标准，属于宽带光源，并以低温辐射计为基准，建立了新型探测器标准，同时发展了基于标准探测器的激光光源型光谱辐照度和光谱辐亮度响应度定标源，属于窄带光源。
[0003]光谱辐亮度标准光源是遥感仪器光谱辐亮度响应度定标精度的关键。用于遥感仪器光谱辐亮度响应度定标的光源有:(1)宽带光源，如灯照积分球光源或灯照漫反射板光源，其光谱辐亮度由黑体或同步辐射定标，该宽带光源的定标精度较低，不确定度为
0.4%?3.0% ; (2)窄带光源，如可调谐单色激光照射积分球形成的均匀亮度光源，其光谱辐亮度由低温辐射计定标，该窄带光源结构复杂、不易移动且定标时间长。
[0004]目前，还没有兼顾宽带和窄带特点的色散相减型光谱调谐器。
【发明内容】
[0005]为了解决目前还没有兼顾宽带和窄带特点的色散相减型光谱调谐器的问题，本发明提供一种可用于基于标准探测器定标的传递标准光源的一种自校准光源光谱调谐器。
[0006]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]自校准光源光谱调谐器，包括光源、前置光学系统、入射狭缝、第一凹面镜、第一平面光栅、数字微镜装置、第二凹面镜、第二平面光栅和出射狭缝，所述光源发出的光线经前置光学系统聚焦于入射狭缝，入射光经第一凹面镜准直成平行光入射至第一平面光栅上，经第一平面光栅色散后再经第一凹面镜聚焦于数字微镜装置表面形成光谱，经数字微镜装置反射后的反射光经第二凹面镜准直，经第二平面光栅消色散后再经第二凹面镜聚焦于出射狭缝形成输出光。
[0008]所述光源采用氙灯、齒钨灯、LED灯或超连续光源。
[0009]所述前置光学系统采用透射式或反射式集光系统。
[0010]所述第一平面光栅和第二平面光栅均为反射式平面光栅。
[0011 ] 所述第一凹面镜和第一平面光栅组成第一单色仪，用于对光线进行色散作用。
[0012]所述第二凹面镜和第二平面光栅组成第二单色仪，用于对色散后的光线进行消色散作用。
[0013]所述数字微镜装置由微镜阵列集成于CMOS基片上构成，微镜的偏转由数字集成电路控制，可产生+12°和-12°的偏转:当微镜转到+12°时，将入射光信号反射到检测光路中，为ON状态；当微镜转到-12°时，将入射光信号反射到检测光路之外，为OFF状态。
[0014]本发明的有益效果是:[0015]1、本发明的自校准光源光谱调谐器用于为自校准标准光源提供两种工作模式:窄带工作模式和宽带工作模式，使自校准标准光源兼具有宽带和窄带光源的优点，能够方便地用于遥感仪器的现场辐射定标，对于提高空间遥感仪器定标精度有重要现实意义。
[0016]2、本发明的自校准光源光谱调谐器可以根据需要自行改变光源光强，使光源满足在实际大气光谱辐亮度水平下定标的需求。
[0017]3、由于采用本发明的自校准光源光谱调谐器，可以有效降低自校准标准光源的光谱杂散光。
[0018]4、本发明的自校准光源光谱调谐器能够使自校准标准光源成为一种可编程光谱光源，除作为辐射标准光源外，这一新型标准光源在工作波段可以根据工作需要改变输出的光谱分布，可提供任意所需波长光的组合，任意波长光的强度又可以单独控制，这样可模拟各类自然光源或非自然光源的光谱，替代多种光源和滤光片组合，简化研究或实验工作，在成像光谱、显微生化实验及定量照明工程研究中有重要应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的自校准光源光谱调谐器的结构示意图；
[0020]图2为本发明的自校准光源光谱调谐器的工作原理示意图。
[0021]图中:1、光源,2、前置光学系统,3、入射狭缝,4、第一凹面镜,5、第一平面光栅,6、数字微镜装置，7、第二凹面镜，8、第二平面光栅，9、出射狭缝，10、液体光导管，11、积分球，12、娃探测器，13、Gershun管福射计组。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0023]如图1所示，本发明的自校准光源光谱调谐器主要由光源1、前置光学系统2、入射狭缝3、第一凹面镜4、第一平面光栅5、数字微镜装置6、第二凹面镜7、第二平面光栅8和出射狭缝9组成。
[0024]本实施方式中，根据设计需要，光源I可以采用高稳定性氙灯、卤钨灯、LED灯或者超连续光源。
[0025]本实施方式中，前置光学系统2采用透射式或反射式集光系统，保证前置光学系统2能将光源I发出的光线聚焦于入射狭缝3。前置光学系统2具体选用哪种形式可以根据所采用的光源I以及前置光学系统2的作用进行设计。
[0026]本实施方式中，第一平面光栅5和第二平面光栅8均为反射式平面光栅，第一凹面镜4和第一平面光栅5组成第一单色仪，第二凹面镜7和第二平面光栅8组成第二单色仪，第一单色仪和第二单色仪共同构成色散相减可调谐谱仪，第一单色仪用于对光线进行色散作用，第二单色仪用于对色散后的光线进行消色散作用。
[0027]本实施方式中，数字微镜装置6由微镜阵列集成于CMOS基片上构成，多个微镜组成阵列形成微镜阵列，微镜的偏转由数字集成电路控制，可产生+12°和-12°的偏转:当微镜转到+12°时，将入射光信号反射到检测光路中，为ON状态；当微镜转到-12°时，将入射光信号反射到检测光路之外，为OFF状态。通过数字微镜装置6对光谱的ON状态与OFF状态的快速切换可以实现无运动部件光谱扫描。[0028]本实施方式中，液体光导管10的直径为5mm,用于将自校准光源光谱调谐器的输出光导入自校准标准光源中。
[0029]本实施方式中，自校准标准光源选用积分球11，液体光导管10与积分球11固定连接，积分球11的内涂层材料为聚四氟乙烯(PTFE)，积分球11上安装有硅探测器12，用于监测积分球11的光谱辐亮度变化。
[0030]本实施方式中，Gershun管福射计组13采用多个Gershun管福射计联用的形式，当进行测量时，将多个Gershun管辐射计测量的数据相互验证，Gershun管辐射计组13用于自校准标准光源的定标。
[0031]如图2所示，光源I发出的光线经过前置光学系统2的聚焦成像作用后成像于入射狭缝3，入射光经过入射狭缝3后经过第一凹面镜4准直成平行光入射至第一平面光栅5上，平行光经过第一平面光栅5的色散作用后再经过第一凹面镜4聚焦于数字微镜装置6中的数字微镜阵列表面形成光谱，经过数字微镜阵列反射后的反射光经过第二凹面镜7准直，经过第二平面光栅8的消色散后再经过第二凹面镜7聚焦于出射狭缝9，通过出射狭缝9的输出光经过液体光导管10引入积分球11中，形成均匀辐亮度源，通过积分球11上的硅探测器12及光谱福射计监测积分球11的光谱福亮度变化，并通过Gershun管福射计组13实现积分球11的定标。
[0032]本发明的自校准光源光谱调谐器为自校准标准光源提供两种工作模式:窄带工作模式和宽带工作模式，当一列或几列微镜处于ON状态时,某一波长单色光进入积分球11,为窄带工作模式，积分球11出射单色光，该工作模式下采用标准探测器定标，经叠加给出宽带工作模式下积分球11白光光谱辐亮度，由此构成自校准的光谱辐亮度标准光源；当全部微镜处于ON状态时，全波段白光进入积分球11，为宽带工作模式，积分球11出射白光，该工作模式下用于遥感仪器或其它传感器定标。通过光谱调谐器中数字微镜阵列的波长选择，能够使自校准标准光源兼具有窄带和宽带两种工作模式，在窄带工作模式下采用Gershun管福射计组13定标，并在宽带工作模式下使用。由于在窄带模式下采用Gershun管辐射计组13测量自校准标准光源输出的准单色光谱辐射通量进行定标，Gershun管辐射计组13响应度通过作为探测器基准的低温绝对辐射计直接追溯到国际单位制(SI)，光谱福売度定标精度闻。
[0033]本发明的自校准光源光谱调谐器的光谱范围为400?700nm，光谱分辨率为14nm，光谱精度为1.。
【权利要求】
1.自校准光源光谱调谐器，其特征在于，包括光源(I)、前置光学系统(2)、入射狭缝(3)、第一凹面镜(4)、第一平面光栅(5)、数字微镜装置(6)、第二凹面镜(7)、第二平面光栅(8)和出射狭缝(9)，所述光源(I)发出的光线经前置光学系统(2)聚焦于入射狭缝(3)，入射光经第一凹面镜(4)准直成平行光入射至第一平面光栅(5)上，经第一平面光栅(5)色散后再经第一凹面镜(4)聚焦于数字微镜装置(6)表面形成光谱，经数字微镜装置(6)反射后的反射光经第二凹面镜(7)准直，经第二平面光栅(8)消色散后再经第二凹面镜(7)聚焦于出射狭缝(9)形成输出光。
2.根据权利要求1所述的自校准光源光谱调谐器，其特征在于，所述光源(I)采用氙灯、卤钨灯、LED灯或超连续光源。
3.根据权利要求1所述的自校准光源光谱调谐器，其特征在于，所述前置光学系统(2)采用透射式或反射式集光系统。
4.根据权利要求1所述的自校准光源光谱调谐器，其特征在于，所述第一平面光栅(5)和第二平面光栅(8)均为反射式平面光栅。
5.根据权利要求1所述的自校准光源光谱调谐器，其特征在于，所述第一凹面镜(4)和第一平面光栅(5)组成第一单色仪，用于对光线进行色散作用。
6.根据权利要求1所述的自校准光源光谱调谐器，其特征在于，所述第二凹面镜(7)和第二平面光栅(8)组成第二单色仪，用于对色散后的光线进行消色散作用。
7.根据权利要求1所述的自校准光源光谱调谐器，其特征在于，所述数字微镜装置(6)由微镜阵列集成于CMOS基片上构成，微镜的偏转由数字集成电路控制，可产生+12°和-12°的偏转:当微镜转到+12°时，将入射光信号反射到检测光路中，为ON状态；当微镜转到-12°时，将入射光信号反射到检测光路之外，为OFF状态。
【文档编号】G01J1/00GK103698005SQ201310671321
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】李志刚 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所