一种基于关联成像的光谱分析系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于关联成像的光谱分析系统及其方法。光谱分析系统包括宽谱激光器、准直装置、光栅、成像系统、空间光调制器、光电探测器、数据采集模块和关联计算模块。利用空间光调制器对不同波长的光束进行随机调控，随后利用调控后的探测光束对目标样品进行测量，并应用计算关联成像原理重构目标样品对不同波长光束的反射率或者透过率曲线。本发明专利技术基于空间光调制器进行光谱调制，结合光场的二阶关联计算方法，不仅实现了单点探测器下目标样品的光谱分析，还能够在原理上克服环境干扰对测量结果的影响，与传统光谱仪相比提高了光谱分析的分辨率，降低了光谱仪系统的成本。

A spectral analysis system and method based on correlation imaging

The invention discloses a spectral analysis system based on correlation imaging and a method thereof. The spectrum analysis system includes a wide spectrum laser, collimating device, grating, imaging system, spatial light modulator, photodetector, data acquisition module and correlation calculation module. The spatial light modulator is used to randomly adjust the beams of different wavelengths, and then the target sample is measured by the adjusted probe beam, and the reflectivity or transmittance curve of the target sample to different wavelengths is reconstructed by the principle of computational correlation imaging. Based on the spatial light modulator for spectral modulation, combined with the second-order correlation calculation method of light field, the invention not only realizes the spectral analysis of the target sample under the single point detector, but also overcomes the influence of environmental interference on the measurement results in principle, improves the resolution of spectral analysis and reduces the cost of the spectrometer system compared with the traditional spectrometer.

【技术实现步骤摘要】
一种基于关联成像的光谱分析系统及其方法
本专利技术属于光谱测量分析
，具体涉及一种基于关联成像的光谱分析系统及其方法。
技术介绍
近红外光谱仪在环境监测、化学、生物传感领域具有广泛的应用。对于现有的近红外光谱仪而言，探测的方法无法突破阵列探测或者单点动态探测的局限。由于近红外阵列探测器的价格昂贵，而单点动态探测无疑又增加了近红外光谱仪的复杂程度，影响其稳定性，增加了系统所需的硬件成本。基于微机电系统(MEMS)哈达吗变换光谱仪，通过数字化微镜(DMD)的选通特性，构建哈达吗变换矩阵，实现了静态的单点探测，但是该光谱仪也存在不可忽视的缺点，如：面对光源光谱范围较宽的情况，构建哈达吗矩阵及其解码过程极其复杂。传统的近红外光谱仪结构在原理上不具备消除杂散光和背景光的能力。关联成像区别于传统的成像方式，这种成像方式将光源信息和物体信息进行分离，所以即便携带物体信息的光场受到环境的扰动，仍然可以得到物体清晰的像。同时，高阶关联成像具有提高成像对比度和分辨率等独特的优点。关联成像独特的优势可以应用于近红外光谱分析系统中，提高传统近红外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于关联成像的光谱分析系统，包括激光器、准直装置、光栅、成像系统、空间光调制器、会聚透镜、光电探测器、数据采集模块和关联计算模块；其特征在于，激光器发出的光束入射至准直装置进行准直，准直后的光束经过光栅分光得到一级衍射光斑，成像系统将所述一级衍射光斑成像于空间光调制器上；所述空间光调制器对成像后的一级衍射光斑进行调制，并将调制后的光束反射至目标样品上；所述会聚透镜将经过目标样品的透射或反射光束会聚于光电探测器上；所述光电探测器将接收到的光强信号转换为电压信号，并输入数据采集模块；所述数据采集模块以空间光调制器发出的触发信号为外部时钟，用于记录测量的光强响应电压并输入关联计算模块，所述关...

【技术特征摘要】
1.一种基于关联成像的光谱分析系统，包括激光器、准直装置、光栅、成像系统、空间光调制器、会聚透镜、光电探测器、数据采集模块和关联计算模块；其特征在于，激光器发出的光束入射至准直装置进行准直，准直后的光束经过光栅分光得到一级衍射光斑，成像系统将所述一级衍射光斑成像于空间光调制器上；所述空间光调制器对成像后的一级衍射光斑进行调制，并将调制后的光束反射至目标样品上；所述会聚透镜将经过目标样品的透射或反射光束会聚于光电探测器上；所述光电探测器将接收到的光强信号转换为电压信号，并输入数据采集模块；所述数据采集模块以空间光调制器发出的触发信号为外部时钟，用于记录测量的光强响应电压并输入关联计算模块，所述关联计算模块对记录的光强响应电压进行计算处理，得到目标样品的高分辨率频谱图像。


2.根据权利要求1所述的一种基于关联成像的光谱分析系统，其特征在于，所述成像系统为透镜或者凹面反射镜。


3.根据权利要求1所述的一种基于关联成像的光谱分析系统，其特征在于，所述空间光调制器包括光阑、多个反射单元和控制单元，反射单元与控制单元相连；所述反射单元可以翻转，所述控制单元用于控制每个反射单元的翻转角度。


4.根据权利要求1所述的一种基于关联成像的光谱分析系统，其特征在于，所述会聚透镜采用单个透镜或透镜组。


5.根据权利要求1所述的一种基于关联成像的光谱分析系统，其特征在于，所述光电探测器的带宽高于空间光调制器的调制带宽，并小于数据采集模块的带宽。


6.如权利要求1所述一种基于关联成像的光谱分析系统的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)搭建所述光谱分析系统的光路...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓平，陈泽，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32