一种多频带光谱仪制造技术

本发明专利技术涉及光学领域，特别涉及一种多频带光谱仪。本发明专利技术的多频带光谱仪包括单模光纤、准直单元、光栅、聚焦单元和阵列相机，光谱仪的入射光由单模光纤引入，经由准直单元将其转换为平行光，以预先设定的角度入射到光栅，出射的光谱经由聚焦单元聚焦到位于像平面的阵列相机，由阵列相机实时记录光谱。本发明专利技术的多频带光谱仪，可以适用于不同中心波长的入射光。

【技术实现步骤摘要】
一种多频带光谱仪
本专利技术涉及光学领域，特别涉及一种多频带光谱仪。
技术介绍
传统的光谱仪，由于其中的光学元件——光栅是波长线性的，所以得到的光谱也是波长线性的。在相干光学成像领域，通常的做法是将记录的相干光谱做傅里叶变换来得到图像。由于得到的光谱是波长线性的，因此在进行傅里叶变换前必须将光谱从波长空间利用插值法变换到频域空间，这将降低成像速度。而且由于存在频域的非线性影响，还会导致相干光学成像的深度较浅，成像时的噪声较大。传统的光谱仪，只能适用于某种特定波长的光，如果入射光的波长改变，就需要更换为相应波长的光谱仪。这样的光谱仪，适用范围比较窄。
技术实现思路
为了解决传统的光谱仪只能适用于特定中心波长的入射光的技术问题，本专利技术提出了一种多频带光谱仪，包括单模光纤、准直单元、光栅、聚焦单元和阵列相机，光谱仪的入射光由单模光纤引入，经由准直单元将其转换为平行光，以预先设定的角度入射到光栅，出射的光谱经由聚焦单元聚焦到位于像平面的阵列相机，由阵列相机实时记录光谱；准直单元可转动，随着准直单元的转动，入射角改变，此时只需进行相应的调试，就可以实现保持光栅、聚焦单元和阵列相机固定不动的前提下，通过准直单元的转动、入射角改变使光谱仪适用于不同中心波长的入射光。为了使光学器件对光进行频率线性的散射，本专利技术使用了一种线性频域光栅的设计方法，包括将衍射介质附着在棱镜上形成衍射层，再盖上一层光学玻璃保护层；由n1sinθ1＝n2sinθ2得到入射光经过光学玻璃保护层后的出射角，其中n1为第一介质的折射率，n2为第二介质的折射率，此处的第一介质可以是空气，此处的第二介质是光学玻璃保护层，θ1为入射光入射光学玻璃保护层的入射角，θ2为入射光经过光学玻璃保护层后的出射角，θ2也是入射光进入衍射层时的入射角；然后由光栅方程：λ·μ·m＝sinθ2+sinθ3得到入射光经过衍射层后的衍射角，其中λ为入射光的波长，μ为衍射层的单位条纹数，m为衍射光所在的级数，θ3为入射光经过衍射层后的衍射角；棱镜的折射率由制作棱镜的光学材料决定，具体为其中n(λ)为棱镜的光学折射率，K1、K2、K3、L1、L2、L3为表征制作棱镜的光学材料的光学特性的常数参数；对于底角为α的等角棱镜，由得到入射光经过棱镜后的出射角，其中θ4为入射光经过棱镜后的出射角；由θ3＝sin-1(μλ-0.5μλc)-sin-1(0.5μλc)+sin-1(n(λ)cosα)对波数的微分式对波数的微分式和对波数的微分式得到其中，λc为入射光谱的中心波长，k为波数，k＝2π/λ；kc为入射光谱的中心波长所对应的波数，kc＝2π/λc；选择适当的K1、K2、K3、L1、L2、L3和衍射层的单位条纹数μ从而令θ′4(k)对波数k为常数，则入射光经过由光学玻璃保护层、衍射层和棱镜构成的线性频域光栅散射后为频率线性的。本专利技术还使用了一种线性频域光栅，由所述的线性频域光栅的设计方法设计得到，包括光学玻璃保护层、衍射层和棱镜；衍射介质附着在棱镜上形成所述的衍射层，光学玻璃保护层盖在衍射层上；所述棱镜的K1、K2、K3、L1、L2、L3和衍射层的单位条纹数μ满足如下条件：下列算式对波数k为常数；其中，k＝2π/λ，λ为入射光的波长；K1、K2、K3、L1、L2、L3为表征制作棱镜的光学材料的光学特性的常数参数；(λ)为棱镜的光学折射率；θ3为入射光经过衍射层后的衍射角；α为棱镜的底角；kc为入射光谱的中心波长所对应的波数，kc＝2π/λc，λc为入射光谱的中心波长。本专利技术的多频带光谱仪，可以适用于不同中心波长的入射光；配合本专利技术的线性频域光栅，就成为了线性频域光谱仪。在相干光学成像时，该线性频域光谱仪得到的光谱无需利用插值法变换到频域空间，从而极大地提高了相干光学成像的速度。并且，本专利技术的线性频域光谱仪消除了频域的非线性影响，从而提高了相干光学成像的深度，降低了成像中的噪声。附图说明图1为本专利技术的一种线性频域光栅的结构示意图。图2为本专利技术实施例1的一种多频带光谱仪的结构示意图。图3为本专利技术实施例2的一种多频带光谱仪的结构示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的一种多频带光谱仪。实施例1本专利技术提出了一种多频带光谱仪，如图2所示，包括单模光纤1、准直单元2、光栅3、聚焦单元5和阵列相机7，光谱仪的入射光由单模光纤1引入，经由准直单元2将其转换为平行光，以预先设定的角度入射到光栅3，出射的光谱经由聚焦单元5聚焦到位于像平面的阵列相机7，由阵列相机7实时记录光谱；准直单元2可转动，随着准直单元的转动，入射角改变，此时只需进行相应的调试，就可以实现保持光栅3、聚焦单元5和阵列相机7固定不动的前提下，通过准直单元2的转动、入射角改变使光谱仪适用于不同中心波长的入射光。阵列相机可以采用线性阵列相机。光栅可以采用线性频域光栅。此时光谱仪就成为线性频域光谱仪。由于本专利技术的线性频域光谱仪的光谱是频域线性的，因此，在相干光学成像中将相干光谱做傅里叶变换来得到图像时，利用本专利技术的线性频域光谱仪得到的光谱无需利用插值法变换到频域空间，从而极大地提高了相干光学成像的速度。并且，本专利技术的线性频域光谱仪消除了频域的非线性影响，从而提高了相干光学成像的深度，降低了成像中的噪声。本专利技术使用的线性频域光栅详见下述。如图1所示，一种线性频域光栅的设计方法，包括将衍射介质附着在棱镜上形成衍射层，再盖上一层光学玻璃保护层；由n1sinθ1＝n2sinθ2得到入射光经过光学玻璃保护层后的出射角，其中n1为第一介质的折射率，n2为第二介质的折射率，此处的第一介质可以是空气，此处的第二介质是光学玻璃保护层，θ1为入射光入射光学玻璃保护层的入射角，θ2为入射光经过光学玻璃保护层后的出射角，θ2也是入射光进入衍射层时的入射角；然后由光栅方程：λ·μ·m＝sinθ2+sinθ3得到入射光经过衍射层后的衍射角，其中为入射光的波长，μ为衍射层的单位条纹数，m为衍射光所在的级数，θ3为入射光经过衍射层后的衍射角；棱镜的折射率由制作棱镜的光学材料决定，具体为其中n(λ)为棱镜的光学折射率，K1、K2、K3、L1、L2、L3为表征制作棱镜的光学材料的光学特性的常数参数；对于底角为α的等角棱镜，由得到入射光经过棱镜后的出射角，其中θ4为入射光经过棱镜后的出射角；由θ3＝sin-1(μλ-0.5μλc)-sin-1(0.5μλc)+sin-1(n(λ)cosα)对波数的微分式对波数的微分式和对波数的微分式得到其中，λc为入射光谱的中心波长，k为波数，k＝2π/λ；kc为入射光谱的中心波长所对应的波数，kc＝2π/λc；选择适当的K1、K2、K3、L1、L2、L3和衍射层的单位条纹数μ从而令θ′4(k)对波数k为常数，则入射光经过由光学玻璃保护层、衍射层和棱镜构成的线性频域光栅散射后为频率线性的。如图1所示，一种线性频域光栅，由所述的线性频域光栅的设计方法设计得到，包括光学玻璃保护层8、衍射层9和棱镜10；衍射介质附着在棱镜上形成所述的衍射层，光学玻璃保护层盖在衍射层上；所述棱镜的K1、K2、K3、L1、L2、L3和衍射层的单位条纹数μ满足如下条件：下列算式对波数k为常数；其中，k＝2π/λ，λ为入射光的波长；K1、K2、K3、L1、L2、L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多频带光谱仪，其特征在于，所述多频带光谱仪包括单模光纤、准直单元、光栅、聚焦单元和阵列相机，所述多频带光谱仪的入射光由单模光纤引入，经由准直单元将其转换为平行光，以预先设定的角度入射到光栅，出射的光谱经由聚焦单元聚焦到位于像平面的阵列相机，由阵列相机实时记录光谱；准直单元可转动。

【技术特征摘要】
1.一种多频带光谱仪，其特征在于，所述多频带光谱仪包括单模光纤、准直单元、光栅、聚焦单元和阵列相机，所述多频带光谱仪的入射光由单模光纤引入，经由准直单元将其转换为平行光，以预先设定的角度入射到光栅，出射的光谱经由聚焦单元聚焦到位于像平面的阵列相机，由阵列相机实时记录光谱；准直单元可转动；所述光栅是线性频域光栅；所述的线性频域光栅包括光学玻璃保护层、衍射层和棱镜；衍射介质附着在棱镜上形成所述的衍射层，光学玻璃保护层盖在衍射层上；所述棱镜的K1、K2、K3、L1、L2、L3和衍射层的单位条纹数μ满足如下条件：下列算式

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志林，
申请(专利权)人：美昇科技成都有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51