一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统及其方法，系统包括依次设置的光源、光束准直系统、第一偏振分束器、声光滤波系统、第二偏振分束器、光反馈系统、光谱探测系统以及计算机控制与分析系统，计算机控制与分析系统还连接声光滤波系统，光源的光束依次通过光束准直系统、第一偏振分束器、声光滤波系统和第二偏振分束器，由第二偏振分束器偏折输出至光反馈系统，光反馈系统将光束再次依次通过第一偏振分束器、声光滤波系统和第二偏振分束器到达光谱探测系统，在计算机控制与分析系统的控制下进行光谱信息的采集、分析和存储。本发明专利技术的结构简单，成本低，控制方便。

A Narrow-band Acousto-optic Tunable Filtering System with Large Angle Aperture and Its Method

The invention discloses a narrowband acousto-optic adjustable filtering system with large angle aperture and its method. The system comprises a light source, a beam collimation system, a first polarization beam splitter, an acousto-optic filtering system, a second polarization beam splitter, an optical feedback system, a spectrum detection system, a computer control and analysis system, and a computer. The control and analysis system also connects the acousto-optic filtering system. The light source beams are deflected from the second polarization beam splitter to the optical feedback system through the beam collimation system, the first polarization beam splitter, the acousto-optic filtering system and the second polarization beam splitter. The optical feedback system passes the beams through the first polarization beam splitter, the acousto-optic beam splitter in turn. The filtering system and the second polarization beam splitter arrive at the spectral detection system, which collect, analyze and store spectral information under the control of computer control and analysis system. The invention has the advantages of simple structure, low cost and convenient control.

【技术实现步骤摘要】
一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统及其方法
本专利技术涉及声光滤波领域，尤其涉及一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统及其方法。
技术介绍
声光滤波技术在光谱学、激光技术以及光学成像等领域都有广泛的应用。基于二氧化碲晶体的声光可调滤波器具有优良的声光性能，在可见光至近红外区域通光性能良好，可以在共线以及非共线两种模式下进行声光滤波，是声光滤波领域应用最为广泛的声光滤波器之一。基于二氧化碲声光晶体的声光滤波器重要性能指标之一是其角孔径。角孔径决定声光滤波器对信号光的收集能力，角孔径越大声光滤波器的集光能力越强，在超光谱成像等领域，声光滤波器的角孔径大小对于成像的信噪比影响显著。对于确定的基于二氧化碲声光晶体的声光滤波器，在非共线声光作用条件下，其角孔径随着滤波信号中心波长变化很小，对于确定的滤波信号中心波长，角孔径确定，无法调节。声光滤波器的另一个关键指标是其光谱分辨率，为了获得高谱分辨率，可以采用论文《Spectralresolutionenhancementofacousto-optictunablefilterbydouble-filtering》以及专利（基于双晶体滤波的带通可调声光滤波成像装置）中提出的两次声光滤波方法。利用级联的两个声光滤波器对信号光进行两次声光滤波，可以有效降低声光滤波信号的带宽，提升光谱分辨率。同时，通过对两个声光滤波器的独立设计，利用级联的两个声光滤波器对信号光进行两次声光滤波总的角孔径与单一声光滤波器的角孔径相当，保证在光谱分辨率提升的同时，其集光能力不下降。但是，利用级联的两个声光滤波器对信号光进行两次声光滤波的过程中，需要对两个声光滤波器进行单独控制，操作复杂。另外，由于需要制作两个声光滤波器，系统造价高。因此，论文《Efficientdouble-filteringwithasingleacousto-optictunablefilter》提出了利用一个声光滤波器对信号光进行两次声光滤波的方法。该方法克服了利用级联的两个声光滤波器对信号进行两次声光滤波方法的不足，利用单一声光滤波器可以对信号光进行两次声光滤波，该方法可以有效降低滤波信号的带宽，提升光谱分辨率。但是，由于两次声光滤波过程中，入射光的偏振态不同，两次声光滤波的角孔径在空间不重合，导致两次声光滤波总的角孔径明显减小，使声光滤波器对信号光的收集能力显著下降。因此，如何在提升声光滤波器光谱分辨率的同时，获得大的角孔径是声光滤波领域关心的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统及其方法，利用单一声光滤波器，结合光反馈装置，使两次声光滤波过程，光束进入声光滤波器的入射角不同，确保第二次声光滤波过程的角孔径与第一次声光滤波过程的角孔径在空间上重合，两次声光滤波过程具有大角孔径，同时，有效降低了声光滤波信号的带宽，提升了光谱分辨率。该系统结构简单，成本低，控制方便。本专利技术采用的技术方案是：一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统，其包括依次设置的光源、光束准直系统、第一偏振分束器、声光滤波系统、第二偏振分束器、光反馈系统、光谱探测系统以及计算机控制与分析系统，计算机控制与分析系统还连接声光滤波系统，光源的光束依次通过光束准直系统、第一偏振分束器、声光滤波系统和第二偏振分束器，由第二偏振分束器偏折输出至光反馈系统，光反馈系统将光束再次依次通过第一偏振分束器、声光滤波系统和第二偏振分束器到达光谱探测系统，在计算机控制与分析系统的控制下进行光谱信息的采集、分析和存储。所述的光源为卤素灯，在可见光至近红外范围内输出连续谱。所述的光束准直系统包括消色差的双胶合凸透镜组、双胶合凹透镜组以及偏振片，光源的光束经消色差的双胶合凸透镜组、双胶合凹透镜组后形成平行光束，平行光束经偏振片输出线偏振光至第一偏振分束器。所述的第一偏振分束器为宽带偏振立方分光镜，在可见光范围内将随机偏振光束分成偏振方向互相垂直的s偏振光和p偏振光，s偏振光将被偏转90度，p偏振光沿原入射方向传输，第一偏振分束器接收来自光束准直系统的线偏振光，使其沿入射方向全部通过第一偏振分束器，并进入声光滤波系统。所述的声光滤波系统包括声光滤波器、射频源以及挡光板，声光滤波器和射频源之间通过射频线连接，挡光板为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘，挡光板位于声光滤波器的后端，并接收经滤波器输出的非滤波光束。所述的第二偏振分束器为宽带偏振立方分光镜，在可见光范围内将随机偏振光束分成偏振方向互相垂直的s偏振光和p偏振光，s偏振光将被偏转90度，p偏振光沿原入射方向传输，第二偏振分束器接收来自声光滤波系统的第一次声光滤波光束并将其传输方向偏折90度后进入光反馈系统。所述的光反馈系统包括2块铝膜宽带平面反射镜，来自第二偏振分束器的第一次声光滤波光束依次经过2块铝膜宽带平面反射镜进入第一偏振分束器。所述的光谱探测系统为光纤光栅光谱仪包括光纤探头、分光光栅以及高灵敏度CCD阵列，在可见光范围内的光谱分辨率为0.2nm，光纤探头用来接收来自第二偏振分束器的第二次声光滤波光束并送入分光光栅进行分光，CCD阵列接收分光并测量第二次声光滤波光束中不同波长信号光的强度，光的强度数据送入计算机控制与分析系统。所述的计算机控制与分析系统采用PC机，PC机通过USB连接线分别连接声光滤波系统的射频源以及光谱探测系统，PC机内置射频源控制用软件、光谱探测系统控制用软件以及数据分析软件，PC机利用射频源控制软件、光谱探测系统控制用软件分别对射频源、光谱探测系统进行参数调整与控制；PC机接收来自光谱探测系统的光谱数据并通过数据分析软件完成光谱数据的分析以及存储，完成大角孔径窄带声光可调滤波过程。本专利技术还公开了一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波方法，其包括以下步骤：步骤201：系统开，初始化声光滤波系统、光谱探测系统以及计算机分析与控制系统；步骤202：根据光源发光情况对光束准直系统进行参数调整，对来自光源光束进行缩束和准直，保证光束准直系统输出的线偏振光束经第一偏振分束器后沿入射方向全部透射；步骤203：设置声光滤波系统中射频源输出射频信号的频率和功率，声光滤波系统对来自第一偏振分束器的线偏振光束进行第一次声光滤波，调整声光滤波系统的挡光板的位置并接收经声光滤波系统的声光滤波器输出的非滤波光束；步骤204：第二偏振分束器接收来自声光滤波系统的第一次声光滤波光束并将其传输方向偏折90度输出至光反馈系统，光反馈系统将第一次声光滤波光束反馈至第一偏振分束器，再控制光反馈系统中铝膜宽带平面反射镜的位置和角度，改变第一次声光滤波光束再次进入第一偏振分束器的角度，使第一次声光滤波光束经第一偏振分束器偏折后以最佳角度进入声光滤波器进行第二次声光滤波；步骤205：经第一偏振分束器偏折后的第一次声光滤波光束以最佳入射角进入声光滤波器进行第二次声光滤波，第二次声光滤波的角孔径与第一次声光滤波的角孔径空间重合；步骤206：来自声光滤波器的第二次声光滤波光束，进入第二偏振分束器沿入射方向经第二偏振分束器输出至光谱探测系统接收，调节光谱探测系统中光纤探头的位置并对第二次声光滤波光束进行准确接收，调整光谱探测系统中CCD阵列的增益，完成第二次声光滤波光束光谱的最佳测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统，其特征在于：其包括依次设置的光源、光束准直系统、第一偏振分束器、声光滤波系统、第二偏振分束器、光反馈系统、光谱探测系统以及计算机控制与分析系统，计算机控制与分析系统还连接声光滤波系统，光源的光束依次通过光束准直系统、第一偏振分束器、声光滤波系统和第二偏振分束器，由第二偏振分束器偏折输出至光反馈系统，光反馈系统将光束再次依次通过第一偏振分束器、声光滤波系统和第二偏振分束器到达光谱探测系统，在计算机控制与分析系统的控制下进行光谱信息的采集、分析和存储。

【技术特征摘要】
1.一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统，其特征在于：其包括依次设置的光源、光束准直系统、第一偏振分束器、声光滤波系统、第二偏振分束器、光反馈系统、光谱探测系统以及计算机控制与分析系统，计算机控制与分析系统还连接声光滤波系统，光源的光束依次通过光束准直系统、第一偏振分束器、声光滤波系统和第二偏振分束器，由第二偏振分束器偏折输出至光反馈系统，光反馈系统将光束再次依次通过第一偏振分束器、声光滤波系统和第二偏振分束器到达光谱探测系统，在计算机控制与分析系统的控制下进行光谱信息的采集、分析和存储。2.根据权利要求1所述的一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统，其特征在于：所述的光源为卤素灯，在可见光至近红外范围内输出连续谱。3.根据权利要求1所述的一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统，其特征在于：所述的光束准直系统包括消色差的双胶合凸透镜组、双胶合凹透镜组以及偏振片，光源的光束经消色差的双胶合凸透镜组、双胶合凹透镜组后形成平行光束，平行光束经偏振片输出线偏振光至第一偏振分束器。4.根据权利要求1所述的一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统，其特征在于：所述的第一偏振分束器为宽带偏振立方分光镜，在可见光范围内将随机偏振光束分成偏振方向互相垂直的s偏振光和p偏振光，s偏振光将被偏转90度，p偏振光沿原入射方向传输，第一偏振分束器接收来自光束准直系统的线偏振光，使其沿入射方向全部通过第一偏振分束器，并进入声光滤波系统。5.根据权利要求1所述的一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统，其特征在于：所述的声光滤波系统包括声光滤波器、射频源以及挡光板，声光滤波器和射频源之间通过射频线连接，挡光板为表面经黑色阳极氧化处理的铝合金圆盘，挡光板位于声光滤波器的后端，并接收经滤波器输出的非滤波光束。6.根据权利要求1所述的一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统，其特征在于：所述的第二偏振分束器为宽带偏振立方分光镜，在可见光范围内将随机偏振光束分成偏振方向互相垂直的s偏振光和p偏振光，s偏振光将被偏转90度，p偏振光沿原入射方向传输，第二偏振分束器接收第一次声光滤波光束并将其传输方向偏折90度后进入光反馈系统。7.根据权利要求1所述的一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统，其特征在于：所述的光反馈系统包括2块铝膜宽带平面反射镜，来自第二偏振分束器的第一次声光滤波光束依次经过2块铝膜宽带平面反射镜进入第一偏振分束器。8.根据权利要求1所述的一种具有大角孔径的窄带声光可调滤波系统，其特征在于：所述的光谱探测系统为光纤光栅光谱仪包括光纤探头、分光光栅以及高灵敏度CCD阵列，在可见光范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：王号，张春光，盛振扉，代长远，张双晔，张小发，原江伟，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35