SNSPD光谱响应矩阵的标定方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及光谱测量，特别涉及一种snspd光谱响应矩阵的标定方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、“计算光谱测量技术”与传统光谱测量的基本原理不同，它是通过光谱探测器自身的光谱响应特性，将光谱通道数目等于m的待测光谱数据转换为调制阶数等于n的观测数据。在转换过程中，发挥重要作用的是光谱探测器的光谱响应特性，该响应特性可以用一个n行m列的光谱响应矩阵表示。

2、对于采用超导纳米线单光子探测器(super-conductive nanowire single-photon detector，即snspd)的计算光谱测量技术，光谱响应矩阵的行数n是通过设置snspd的n个不同的偏置电流大小实现的，n的个数越多，数据标定的精确度越高。现有技术一般n取50至100左右；光谱响应矩阵的列数m是通过设置m个不同的单色光波长实现的，m的个数越多，波长通道标定的精度越高。现有技术一般m取100左右，所以，snspd的光谱响应矩阵的数据规模一般在50×100至100×100之间。对于矩阵中的每一个数据点，一般采用10秒/点的观测时长，以减少数据的波动误差。若n取50，m取100，整个光谱响应矩阵大致需要50×100×10＝50000秒≈13.8小时以上才能完成高精度的标定，标定效率极低。而如果标定点数过少，则会造成光谱响应矩阵的误差较大，导致计算光谱测量精度降低。也即，现有技术完成光谱响应矩阵的标定时，所需标定时间过长，严重影响了计算光谱测量的实际应用。

3、综上，如何实现snspd光谱响应矩阵的快速标定，且不降低计算光谱测量精度是目前有待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种snspd光谱响应矩阵的标定方法、装置、设备及介质，能够实现snspd光谱响应矩阵的快速标定，且不降低计算光谱测量精度。其具体方案如下：

2、第一方面，本技术公开了一种snspd光谱响应矩阵的标定方法，包括：

3、确定与待标定光谱响应矩阵的列数对应的相应数量个单色光波长的平均波长，并将所述平均波长输入至snspd以确定偏置电流的取值区间，然后基于所述待标定光谱响应矩阵的行数划分所述取值区间得到单位数据间隔；

4、选取任一单色光波长，并在所述单色光波长下按照所述单位数据间隔的预设倍数对所述偏置电流进行采样，以及测量采样后的各偏置电流下的第一光子计数率均值；

5、利用所述第一光子计数率均值的微分处理结果确定出所述取值区间中的数据拟合区间，并在所述数据拟合区间内对所述第一光子计数率均值进行数据拟合，得到拟合后的各偏置电流下的第二光子计数率均值；

6、按照所述单位数据间隔对所述取值区间中剩余区间的偏置电流进行采样，并测量采样后的各偏置电流下的第三光子计数率均值，然后拼接所述第二光子计数率均值和所述第三光子计数率均值，以便基于拼接结果确定出在所述单色光波长下与各偏置电流对应的光谱响应率数据；

7、将所述光谱响应率数据作为所述待标定光谱响应矩阵的一列，然后重新跳转至所述选取任一单色光波长的步骤，直到选取完所有的单色光波长后得到标定后的光谱响应矩阵。

8、可选的，所述利用所述第一光子计数率均值的微分处理结果确定出所述取值区间中的数据拟合区间，包括：

9、对所述第一光子计数率均值进行一阶微分处理，以得到微分处理结果；

10、确定所述微分处理结果中的最大值，并选取与所述最大值左侧相邻的单调递增区间和与所述最大值右侧相邻的单调递减区间；

11、基于所述单调递增区间和所述单调递减区间确定出所述取值区间中的数据拟合区间。

12、可选的，所述在所述数据拟合区间内对所述第一光子计数率均值进行数据拟合，得到拟合后的各偏置电流下的第二光子计数率均值，包括：

13、确定预设的用于表征光子计数率均值随偏置电流的变化规律的数学模型，并将所述数据拟合区间内的所述第一光子计数率均值和对应的偏置电流数值代入所述数学模型，然后对所述数学模型进行拟合求解，得到拟合参数；

14、按照所述单位数据间隔对所述数据拟合区间进行划分，以得到划分后的偏置电流序列，然后将所述偏置电流序列和所述拟合参数代入所述数学模型，以得到与所述偏置电流序列中各偏置电流下的所述第二光子计数率均值。

15、可选的，所述基于拼接结果确定出在所述单色光波长下与各偏置电流对应的光谱响应率数据，包括：

16、确定所述单色光波长入射到snspd的每秒钟光子数，并确定所述拼接结果中与各偏置电流下对应的光子计数率均值；

17、利用所述每秒钟光子数和所述光子计数率均值确定出在所述单色光波长下与各偏置电流对应的光谱响应率数据。

18、可选的，所述确定所述单色光波长入射到snspd的每秒钟光子数，包括：

19、确定预先记录的光功率计的功率值，并利用光子能量公式和所述功率值确定出所述单色光波长入射到snspd的每秒钟光子数。

20、可选的，所述snspd光谱响应矩阵的标定方法，还包括：

21、利用光学分束器控制所述单色光波长按照预设能量比分别输入至所述光功率计和所述snspd，并记录所述光功率计当前的功率值。

22、可选的，所述拼接所述第二光子计数率均值和所述第三光子计数率均值，包括：

23、确定所述数据拟合区间和所述剩余区间中对应偏置电流的增长顺序，并按照所述增长顺序拼接所述第二光子计数率均值和所述第三光子计数率均值。

24、第二方面，本技术公开了一种snspd光谱响应矩阵的标定装置，包括：

25、间隔划分模块，用于确定与待标定光谱响应矩阵的列数对应的相应数量个单色光波长的平均波长，并将所述平均波长输入至snspd以确定偏置电流的取值区间，然后基于所述待标定光谱响应矩阵的行数划分所述取值区间得到单位数据间隔；

26、第一采样模块，用于选取任一单色光波长，并在所述单色光波长下按照所述单位数据间隔的预设倍数对所述偏置电流进行采样，以及测量采样后的各偏置电流下的第一光子计数率均值；

27、数据拟合模块，用于利用所述第一光子计数率均值的微分处理结果确定出所述取值区间中的数据拟合区间，并在所述数据拟合区间内对所述第一光子计数率均值进行数据拟合，得到拟合后的各偏置电流下的第二光子计数率均值；

28、第二采样模块，用于按照所述单位数据间隔对所述取值区间中剩余区间的偏置电流进行采样，并测量采样后的各偏置电流下的第三光子计数率均值；

29、光谱响应率确定模块，用于拼接所述第二光子计数率均值和所述第三光子计数率均值，以便基于拼接结果确定出在所述单色光波长下与各偏置电流对应的光谱响应率数据；

30、矩阵标定模块，用于将所述光谱响应率数据作为所述待标定光谱响应矩阵的一列，然后重新跳转至所述选取任一单色光波长的步骤，直到选取完所有的单色光波长后得到标定后的光谱响应矩阵。

31、第三方面，本技术公开了一种电子设备，包括：

32、存储器，用于保存计算机程序；

33、处理器，用于执行所述计算机程序，以实现前述公开的snspd光谱响应矩阵的标定方法的步骤。

34、第四方面，本技术公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述公开的snspd光谱响应矩阵的标定方法的步骤。

35、可见，本技术通过确定与待标定光谱响应矩阵的列数对应的相应数量个单色光波长的平均波长，并将所述平均波长输入至snspd以确定偏置电流的取值区间，然后基于所述待标定光谱响应矩阵的行数划分所述取值区间得到单位数据间隔；选取任一单色光波长，并在所述单色光波长下按照所述单位数据间隔的预设倍数对所述偏置电流进行采样，以及测量采样后的各偏置电流下的第一光子计数率均值；利用所述第一光子计数率均值的微分处理结果确定出所述取值区间中的数据拟合区间，并在所述数据拟合区间内对所述第一光子计数率均值进行数据拟合，得到拟合后的各偏置电流下的第二光子计数率均值；按照所述单位数据间隔对所述取值区间中剩余区间的偏置电流进行采样，并测量采样后的各偏置电流下的第三光子计数率均值，然后拼接所述第二光子计数率均值和所述第三光子计数率均值，以便基于拼接结果确定出在所述单色光波长下与各偏置电流对应的光谱响应率数据；将所述光谱响应率数据作为所述待标定光谱响应矩阵的一列，然后重新跳转至所述选取任一单色光波长的步骤，直到选取完所有的单色光波长后得到标定后的光谱响应矩阵。由此可见，本技术首先将单色光波长的平均波长输入至snspd以确定出偏置电流的取值区间，再根据待标定光谱响应矩阵的行数划分取值区间的单位数据间隔；然后在选取的任一单色光波长下，按照单位数据间隔的预设倍数对偏置电流进行采样，并测量采样后的各偏置电流下的第一光子计数率均值，以此实现对光子计数率数据的粗采样，得到稀疏间隔的光子计数率数据；接着对粗采样后得到的第一光子计数率均值进行微分处理，以确定出取值区间中的数据拟合区间，并在数据拟合区间中的第一光子计数率均值进行数据拟合，得到拟合后的各偏置电流下的第二光子计数率均值，通过拟合可以从稀疏间隔的光子计数率数据中得到拟合后密集间隔的光子计数率数据，从而节省了大量的标定时间；另外，对取值区间中除数据拟合区间外的剩余区间采用单位数据间隔进行采样，得到对应的第三光子计数率均值，然后对第二光子计数率均值和第三光子计数率均值进行拼接，以便基于拼接结果确定出该单色光波长下与各偏置电流对应的光谱响应率数据；最后重新选取单色光波长，并重复以上步骤，直到完成整个光谱响应矩阵的标定。如此一来，本技术通过对数据拟合区间中的数据采用拟合的方式，能够实现snspd光谱响应矩阵的快速标定，并且由于最后得到的光谱响应矩阵的数据规模并未减小，因此也没有影响计算光谱测量精度。