空心阴极灯的波长标定方法及装置与流程

本发明涉及光学测量技术领域，更具体地，涉及空心阴极灯的波长标定方法及装置。

背景技术：

空心阴极灯(hollowcathodelamp，hcl)是一种特殊形式的低压辉光放电光源。阴极材料大多数为纯金属或合金，阴极在中间为空桶形状。阳极为一焊有钽片或钛丝的钨棒，钽片或钛丝具有吸收气体的作用，在高温下可以吸收少量有害气体(如h2等)。为防止阴阳两极的击穿，在阴阳两极之间还设有屏蔽层。当在两极之间施加200v-500v电压时，便产生辉光放电。在电场作用下，电子在飞向阳极的途中，与载气原子碰撞并使之电离，放出二次电子，使电子与正离子数目增加，以维持放电。

空心阴极灯主要用于大部分的物理或者化学类的光谱仪中，通过空心阴极灯发出的光信号的谱线对光谱仪的波长进行校准，或者通过空心阴极灯发出的光信号照射待测物质，根据待测物质的吸收谱线确定待测物质的种类。

目前，通常将空心阴极灯的谱线作为自然基准，用以对其他装置进行校正。但是，由于空心阴极灯的谱线主要取决于阴极材料，阴极材料的纯度不高，比如会出现其它的谱线，将会在校正时引起误差或者误判。现急需提供一种空心阴极灯的波长标定方法，以实现对空心阴极灯的波长进行标定。

技术实现要素：

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种空心阴极灯的波长标定方法及装置。

一方面，本发明提供了一种空心阴极灯的波长标定方法，包括：

s1，基于修正后的迈克尔逊干涉仪，采集待标定的空心阴极灯发出的光信号的第一光谱曲线，并从所述第一光谱曲线中提取第一峰值波长，所述迈克尔逊干涉仪具有预设尺寸的口径；

s2，基于所述修正后的迈克尔逊干涉仪的修正曲线，确定所述第一峰值波长的准确值，以完成对所述空心阴极灯的波长标定。

优选地，所述迈克尔逊干涉仪中包括：

具有所述预设尺寸的口径的固定反射镜、可动反射镜和分束器。

优选地，所述预设尺寸至少为100mm。

优选地，所述方法还包括：

基于所述迈克尔逊干涉仪，采集不同峰值波长的预设数量个稳频激光器发出的激光的第二光谱曲线，并分别从每个第二光谱曲线中提取第二峰值波长；

根据每一第二峰值波长与对应的稳频激光器的峰值波长之间的差值，确定所述迈克尔逊干涉仪在整个工作波段上任意波长处的修正系数。

优选地，在所述稳频激光器前设置有滤光片，所述滤光片用于减小所述稳频激光器发出的激光的强度。

优选地，所述预设数量个为3个，3个不同峰值波长分别为530.649nm、632.817nm和1063.854nm。

优选地，所述根据每一第二峰值波长与对应的稳频激光器的峰值波长之间的差值，确定所述迈克尔逊干涉仪在整个工作波段上任意波长处的修正系数，具体包括：

将所述预设数量的差值进行多次曲线拟合，根据得到的拟合函数确定所述迈克尔逊干涉仪在整个工作波段上任意波长处的修正系数。

优选地，所述方法还包括：

获取所述修正后的迈克尔逊干涉仪在挡光状态下对应的第三光谱曲线，并将所述第三光谱曲线作为基准校正所述第一光谱曲线。

另一方面，本发明还提供了一种空心阴极灯的波长标定装置，包括：第一峰值波长获取模块和准确值确定模块。其中，

第一峰值波长获取模块用于基于修正后的迈克尔逊干涉仪，采集待标定的空心阴极灯发出的光信号的第一光谱曲线，并从所述第一光谱曲线中提取第一峰值波长，所述迈克尔逊干涉仪具有预设尺寸的口径；

准确值确定模块用于基于所述修正后的迈克尔逊干涉仪的修正曲线，确定所述第一峰值波长的准确值，以完成对所述空心阴极灯的标定。

优选地，空心阴极灯的波长标定装置还包括：修正模块，所述修正模块用于：

基于所述迈克尔逊干涉仪，采集不同峰值波长的预设数量个稳频激光器发出的激光的第二光谱曲线，并分别从每个第二光谱曲线中提取第二峰值波长；

根据每一第二峰值波长与对应的稳频激光器的峰值波长之间的差值，确定所述迈克尔逊干涉仪在整个工作波段上任意波长处的修正系数。

本发明提供的空心阴极灯的波长标定方法及装置，通过修正后的迈克尔逊干涉仪采集空心阴极灯对应的第一光谱曲线，并提取第一峰值波长。迈克尔逊干涉仪具有预设尺寸的口径。根据修正后的迈克尔逊干涉仪的修正曲线，确定第一峰值波长的准确值，实现对空心阴极灯的波长标定。本实施例提供的方法，可以用于标定空心阴极灯的波长。而且，由于采用了大口径的迈克尔逊干涉仪，可以分辨出相差皮米(pm)量级的两种波长，使标定结果更准确。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种空心阴极灯的波长标定方法的流程示意图；

图2为现有技术中的波长计的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种空心阴极灯的波长标定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明一实施例提供了一种空心阴极灯的波长标定方法，包括：

s1，基于修正后的迈克尔逊干涉仪，采集待标定的空心阴极灯发出的光信号的第一光谱曲线，并从所述第一光谱曲线中提取第一峰值波长，所述迈克尔逊干涉仪具有预设尺寸的口径；

s2，基于所述修正后的迈克尔逊干涉仪的修正曲线，确定所述第一峰值波长的准确值，以完成对所述空心阴极灯的波长标定。

具体地，由于通常是将空心阴极灯发出的光信号的光谱曲线作为自然基准，对其他装置进行校正。此时，如果空心阴极灯发出的光信号的光谱曲线不准确，将不能够准确校正其他装置，使得其他装置在进行操作时出现误差，可能造成严重后果。为此，本发明提供了一种空心阴极灯的波长标定方法，实现对空心阴极灯的波长标定，也即通过对空心阴极灯的波长标定，可以使空心阴极灯对应的光谱曲线中的峰值波长与标准波长相等或无限接近，可以将峰值波长与标准波长之间的误差缩小至10^-7量级附近。为了便于与后面稳频激光器发出的激光的光谱曲线进行区分，本发明中将空心阴极灯发出的光信号的光谱曲线记为第一光谱曲线，从第一光谱曲线中提取出的空心阴极灯的峰值波长为第一峰值波长。相应地，将稳频激光器发出的激光的光谱曲线记为第二光谱曲线，从第二光谱曲线中提取出的稳频激光器的峰值波长为第二峰值波长。

现有技术中通常采用波长计来获取光谱曲线，波长计的结构图如图2所示。图2中，波长计以迈克尔逊干涉仪为核心实现。波长计内具体包括内置参考光源21、可动反射镜22、固定反射镜23、分束器24、第一探测器25、第二探测器26、fft变换装置27和a/d转换装置28。内置参考光源21发出的光信号与来自待测器件(deviceundertest，dut)29发出的光信号分别打到分束器24上，分束器24与光路的夹角为45度，两个光信号中每一个光信号均分别通过可动反射镜22和固定反射镜23反射后，再次经过分束器，内置参考光源21发出的光信号被第一探测器25接收，dut29发出的光信号被第二探测器26接收。通过a/d转换装置28将光信号转化为转换为数字信号，并由fft变换装置27得到不同波长处的光强度值，即得到dut29对应的光谱曲线。

这里需要说明的是，光谱曲线是波长与对应的光强度值之间的关系曲线。第二探测器26可得到可动反射镜22在移动位置前后的光信号之间的干涉图像，即波长与干涉信号强度值之间的关系曲线。

但是由于波长计只能通过光纤输入不同波长的光信号，且只能测量信号强度较高的激光波长。由于空心阴极灯产生的光信号强度较弱，所以波长计并不能用来获取空心阴极灯对应的第一光谱曲线。由于国家波长基准装置也只能够标定信号强度较高的激光器的波长，对于信号强度较弱的空心阴极灯，由于信号的信噪比较差，进而无法标定空心阴极灯的波长。

由于空心阴极灯产生的光信号强度较弱，各步骤、各器件中出现的极小误差就会导致最终标定的空心阴极灯的波长不准确。所以本实施例中利用的修正后的迈克尔逊干涉仪，并且采用大口径的迈克尔逊干涉仪。迈克尔逊干涉仪的口径尺寸为预设尺寸，以保证空心阴极灯发出的光信号可以尽可能多的进入迈克尔逊干涉仪，进而提高采集到的光信号的光强度值，同时可以增加信噪比，提高迈克尔逊干涉仪的分辨率，使之达到皮米(pm)量级。

修正后的迈克尔逊干涉仪具有一条修正曲线，修正曲线的横坐标为波长，纵坐标为迈克尔逊干涉仪采集的峰值波长与准确波长之间的差值。需要注意的是，这个准确波长是国家标准波长。在修正曲线上找到与第一峰值波长对应的纵坐标(即差值)，根据纵坐标对第一峰值波长作修正，即可得到第一峰值波长的准确值，进而实现了对空心阴极灯的波长标定。

本实施例中，通过修正后的迈克尔逊干涉仪采集空心阴极灯对应的第一光谱曲线，并提取第一峰值波长。迈克尔逊干涉仪具有预设尺寸的口径。根据修正后的迈克尔逊干涉仪的修正曲线，确定第一峰值波长的准确值，实现对空心阴极灯的波长标定。本实施例提供的方法，可以用于标定空心阴极灯的波长。而且，由于采用了大口径的迈克尔逊干涉仪，可以分辨出相差皮米(pm)量级的两种波长，使标定结果更准确。

在上述实施例的基础上，所述迈克尔逊干涉仪中包括：

具有所述预设尺寸的口径的固定反射镜、可动反射镜和分束器。

具体地，如图1所示，具有预设尺寸的口径的迈克尔逊干涉仪是指迈克尔逊干涉仪中的可动反射镜22、固定反射镜23、分束器24均具有预设尺寸的口径。作为优选方案，预设尺寸需要至少为100mm。

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

基于所述迈克尔逊干涉仪，采集不同峰值波长的预设数量个稳频激光器发出的激光的第二光谱曲线，并分别从每个第二光谱曲线中提取第二峰值波长；

根据每一第二峰值波长与对应的稳频激光器的峰值波长之间的差值，确定所述迈克尔逊干涉仪在整个工作波段上任意波长处的修正系数。

具体地，通过稳频激光器发出的激光对迈克尔逊干涉仪进行修正，即修正迈克尔逊干涉仪得到的结果，确定迈克尔逊干涉仪采集的峰值波长与稳频激光器对应的峰值波长之间的差值。最后基于该差值，得到迈克尔逊干涉仪采集的第一峰值波长的准确值。需要说明的是，由于稳频激光器的峰值波长与国家规定的标准波长之间也会存在误差，所以本实施例中还可以采用标定后的稳频激光器，作为优选方案，可选用国家波长基准装置对稳频激光器进行标定，将稳频激光器的峰值波长校正为标准波长。例如，通过国家波长基准装置对三个不同峰值波长的稳频激光器进行标定后，得到的稳频激光器的峰值波长分别为标准波长530.649nm、632.817nm和1063.854nm。需要说明的是，这里所说的预设数量是指大于或等于三的整数。以下以利用峰值波长分别为530.649nm、632.817nm和1063.854nm的稳频激光器为例。

首先，采集三种不同峰值波长的稳频激光器发出的激光的第二光谱曲线，从三个第二光谱曲线中分别提取对应稳频激光器的第二峰值波长。根据每一第二峰值波长与对应的稳频激光器的峰值波长之间的差值，确定迈克尔逊干涉仪在整个工作波段上任意波长处的修正系数。得到修正系数即可根据修正系数对迈克尔逊干涉仪进行修正。

在上述实施例的基础上，所述根据每一第二峰值波长与对应的稳频激光器的峰值波长之间的差值，确定所述迈克尔逊干涉仪在整个工作波段上任意波长处的修正系数，具体包括：

将所述预设数量的差值进行多次曲线拟合，根据得到的拟合函数确定所述迈克尔逊干涉仪在整个工作波段上任意波长处的修正系数。

具体地，当利用三个不同峰值波长的稳频激光器标定迈克尔逊干涉仪时，对应有三个差值，将得到的三个差值进行多次曲线拟合，具体进行曲线拟合的次数可根据需要进行设置，曲线拟合次数越多，得到的拟合函数越准确。最后，根据得到的拟合函数确定迈克尔逊干涉仪在整个工作波段上任意波长处的修正系数。

在上述实施例的基础上，在所述稳频激光器前设置有滤光片，用于减小所述稳频激光器发出的激光的强度。

具体地，由于稳频激光器发出的激光的光强度与空心阴极灯发出的光信号的光强度在量级上相差较大，为降低迈克尔逊干涉仪的采集误差，可以在每个稳频激光器前均设置有滤光片，以减小稳频激光器发出的激光的强度。

在上述实施例的基础上，为避免仪器自身存在测量重复性、测量一致性等问题对标定结果产生影响，在对空心阴极灯进行标定时需先采集稳频率激光器对应的第二光谱曲线，在不改变任何状态的条件下，立刻采集空心阴极灯对应的第一光谱曲线。

在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

获取所述修正后的迈克尔逊干涉仪在挡光状态下对应的第三光谱曲线，并将所述第三光谱曲线作为基准校正所述第一光谱曲线。

具体地，为避免迈克尔逊干涉仪的内置参考光源对采集的第一光谱曲线产生影响，在采集第一光谱曲线前，还需要获取修正后的迈克尔逊干涉仪在挡光状态下对应的第三光谱曲线，并将所述第三光谱曲线作为基准校正所述第一光谱曲线。即在得到第一光谱曲线后，第一光谱曲线中的光强度值需要减去第三光谱曲线中对应波长处的光强度值。

如图3所示，本发明的另一实施例中提供了一种空心阴极灯的波长标定装置，包括：第一峰值波长获取模块31和准确值确定模块32。其中，

第一峰值波长获取模块31用于基于修正后的迈克尔逊干涉仪，采集待标定的空心阴极灯发出的光信号的第一光谱曲线，并从所述第一光谱曲线中提取第一峰值波长，所述迈克尔逊干涉仪具有预设尺寸的口径；

准确值确定模块32用于基于所述修正后的迈克尔逊干涉仪的修正曲线，确定所述第一峰值波长的准确值，以完成对所述空心阴极灯的标定。

在上述实施例的基础上，空心阴极灯的波长标定装置还包括：修正模块，所述修正模块用于：基于所述迈克尔逊干涉仪，采集不同峰值波长的预设数量个稳频激光器发出的激光的第二光谱曲线，并分别从每个第二光谱曲线中提取第二峰值波长；根据每一第二峰值波长与对应的稳频激光器的峰值波长之间的差值，确定所述迈克尔逊干涉仪在整个工作波段上任意波长处的修正系数。

具体地，本实施例中各模块的作用与具体操作流程与上述方法类实施例是一一对应的，在此不再赘述。

本实施例中，由第一峰值波长获取模块通过修正后的迈克尔逊干涉仪采集空心阴极灯对应的第一光谱曲线，并提取第一峰值波长。迈克尔逊干涉仪具有预设尺寸的口径。准确值确定模块根据修正后的迈克尔逊干涉仪的修正曲线，确定第一峰值波长的准确值，完成对空心阴极灯的波长标定。本实施例提供的装置，可以用于标定空心阴极灯的波长。而且，由于采用了大口径的迈克尔逊干涉仪，可以分辨出相差皮米(pm)量级的两种波长，使标定结果更准确。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。