一种基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪制造技术

本发明专利技术提供了一种基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪，包括光学导入系统、法布里珀罗干涉仪一级分光系统、二级光谱阶次选择系统和二维面阵探测系统；光学导入系统用于接收待测光束进入光谱仪系统，并将光束通过准直透镜投射到一级分光系统中；法布里珀罗干涉仪一级分光系统用于接收来自准直透镜的不同角度的平行光束，并通过干涉光谱的角度依赖性进行一级分光；二级光谱阶次选择系统用于将一级分光系统分离出的混叠光谱在一个空间维度上进行二次选择；二维面阵探测系统用于接收粗分辨光谱信号和高分辨光谱信号。本发明专利技术的优点在于：具有高光谱分辨率、宽光谱范围，且成本相对较低、体积相对较小。体积相对较小。体积相对较小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪


[0001]本专利技术涉及光谱
，尤其涉及一种基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪。

技术介绍

[0002]光谱仪器广泛引用于理化分析、生物样品、半导体材料检测，光学检测，材料检测和环境监测等领域。
[0003]现有的光谱仪器主要有光栅光谱仪、棱镜光谱仪和傅里叶光谱仪。其中，光栅光谱仪主要依靠衍射光栅低级次干涉分光，光谱分辨率受限于衍射光栅刻线数、聚焦透镜焦距及探测器尺寸；高分辨率的光栅光谱仪往往需要密集的光栅刻线配合大尺寸光栅及长聚焦透镜，因而尺寸较大、成本较高，同时光谱范围受限于探测器尺寸，难以实现宽波段范围高光谱分辨率。棱镜光谱仪依靠折射分光，不会出现光谱混叠，但分辨率也较差。傅里叶光谱仪依靠干涉分光，对干涉强度进行傅里叶变换，可以实现高光谱分辨率，但仪器需要高精度的机械控制，一般体积较大、成本较高。
[0004]因此，目前急需研究出一种具有高光谱分辨率、宽光谱范围，且成本相对较低、体积相对较小的光谱仪器。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪，该光谱仪结合法布里珀罗干涉仪一级分光系统和二级光谱阶次选择系统，并利用二维探测器接收二维高分辨光谱图，实现超光谱分辨的光谱仪，有效解决了现有光谱仪器存在的难以实现高光谱分辨率、宽光谱范围，且成本相对较高、体积相对较大的问题。
[0006]本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0007]一种基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪，包括光学导入系统、法布里珀罗干涉仪一级分光系统、二级光谱阶次选择系统和二维面阵探测系统；
[0008]所述光学导入系统包括入射狭缝、准直透镜；所述入射狭缝用于接收待测光束进入光谱仪系统，并将光束通过准直透镜投射到所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统中；
[0009]所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统包括法布里珀罗干涉仪；所述法布里珀罗干涉仪用于接收来自准直透镜的不同角度的平行光束，并通过干涉光谱的角度依赖性进行一级分光；
[0010]所述二级光谱阶次选择系统包括光栅或滤光片器件，用于将由所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统分离出的混叠光谱在一个空间维度上进行二次选择；
[0011]所述二维面阵探测系统用于接收来自二级光谱阶次选择系统的粗分辨光谱信号，以及，来自法布里珀罗干涉仪一级分光系统所过滤出的高分辨光谱信号。
[0012]作为本专利技术的优选方式之一，所述光学导入系统的入射狭缝位于准直透镜焦平面处；由所述入射狭缝不同空间位置进入的光束，经由所述准直透镜形成不同角度的平行光
束。
[0013]作为本专利技术的优选方式之一，光束角度由公式I确定：
[0014]α＝arctan(d/f)公式I；
[0015]式中，d为入射狭缝上空间点的高度，f为准直透镜焦距，α为光束角度。
[0016]作为本专利技术的优选方式之一，所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统位于所述光学导入系统后方，根据公式II进行光谱选择：
[0017][0018]式中，α为光束进入法布里珀罗干涉仪的角度，R为法布里珀罗干涉仪镜面反射率，d为法布里珀罗干涉仪镜面间距，T为光谱透过率；
[0019]经过法布里珀罗干涉仪后，不同空间位置接收不同角度透过的光谱，进而提取超高分辨光谱信息。
[0020]作为本专利技术的优选方式之一，所述二级光谱阶次选择系统位于所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统后方，利用所述光栅或滤光片器件分离来自所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统的混叠高分辨光谱。
[0021]作为本专利技术的优选方式之一，所述二维面阵探测系统具有两个空间维度，其中的一个空间维度用于接收来自所述二级光谱阶次选择系统中光栅或滤光片器件的粗分辨光谱选择信号，另一个空间维度用于接收来自所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统中由法布里珀罗干涉仪光谱角度依赖性所过滤出的高分辨光谱信号。
[0022]作为本专利技术的优选方式之一，通过对所述二维面阵探测系统接收的高分辨光谱以及粗分辨光谱进行拼接，即得宽带高分辨光谱。
[0023]作为本专利技术的优选方式之一，所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统与二级光谱阶次选择系统之间还设置有光学耦合系统。
[0024]作为本专利技术的优选方式之一，所述光学耦合系统包括耦合透镜、二次狭缝和二次准直透镜；所述耦合镜头将来自法布里珀罗干涉仪一级分光系统不同角度的空间光汇聚到二次狭缝；所述二次狭缝位于二次准直透镜焦点处，限制接收到的不同角度的空间光经过二次准直透镜准直后以平行光形式进入的所述二级光谱阶次选择系统。
[0025]工作原理：
[0026]利用法布里珀罗干涉高阶干涉进行一次光谱选择，利用法布里珀罗干涉仪透射谱的角度依赖性将不同波长的高阶混叠谱聚焦于不同空间点，利用光栅/滤光片器件进行二次光谱选择，在一个方向的空间维度上进行低阶光谱滤光，最终在二维探测器上接收到包含超高分辨率的光谱信息的二维谱图，将由法布里珀罗干涉仪单个自由光谱范围内的高分辨光谱与光栅/滤光片器件宽波段光谱拼接，得到宽波段、高光谱分辨的光谱信息。
[0027]本专利技术相比现有技术的优点在于：
[0028](1)光栅/滤光片器件仅作为光谱阶次选择器件，精细的光谱分辨率由法布里珀罗干涉仪(F
‑
P)高阶干涉提供，因而相对于以增加光栅刻线数提高光谱分辨率的光谱仪，本专利技术实现成本更低；
[0029](2)传统高分辨光谱仪仅能提供窄波段范围内的高分辨光谱(通过增加聚焦透镜
焦距)，本专利技术利用光栅/滤光片器件做粗分辨率光谱选择，利用法布里珀罗干涉仪(F
‑
P)在单个光栅光谱通道内再次细分光谱，可以实现宽波段范围内高分辨光谱获取，且体积较小(不需要长焦距聚焦镜头)。
附图说明
[0030]图1是实施例1中基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪的立体结构示意图；
[0031]图2是实施例1中基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪的正视结构示意图；
[0032]图3是实施例2中基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪的正视结构示意图；
[0033]图4是实施例2中基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪的俯视结构示意图；
[0034]图5是实施例3中基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪的正视结构示意图；
[0035]图6是实施例1、2、3中法布里珀罗干涉仪的光谱透过率；
[0036]图7是实施例1、2、3中法布里珀罗干涉仪的光谱透过率随角度变化图；
[0037]图8是实施例1、2中二维探测器像面接收到的光栅分光和基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪的光谱图。
[0038]图中：1为光学导入系统，11为入射狭缝，12为准直透镜，2为法布里珀罗干涉仪一级分光系统，21为法布里珀罗干涉仪，3为二级光谱阶次选择系统，31为衍射光栅，32为聚焦镜头，33为聚焦透镜，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪，其特征在于，包括光学导入系统、法布里珀罗干涉仪一级分光系统、二级光谱阶次选择系统和二维面阵探测系统；所述光学导入系统包括入射狭缝、准直透镜；所述入射狭缝用于接收待测光束进入光谱仪系统，并将光束通过准直透镜投射到所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统中；所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统包括法布里珀罗干涉仪；所述法布里珀罗干涉仪用于接收来自准直透镜的不同角度的平行光束，并通过干涉光谱的角度依赖性进行一级分光；所述二级光谱阶次选择系统包括光栅或滤光片器件，用于将由所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统分离出的混叠光谱在一个空间维度上进行二次选择；所述二维面阵探测系统用于接收来自二级光谱阶次选择系统的粗分辨光谱信号，以及，来自法布里珀罗干涉仪一级分光系统所过滤出的高分辨光谱信号。2.根据权利要求1所述的基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪，其特征在于，所述光学导入系统的入射狭缝位于准直透镜焦平面处；由所述入射狭缝不同空间位置进入的光束，经由所述准直透镜形成不同角度的平行光束。3.根据权利要求2所述的基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪，其特征在于，光束角度由公式I确定：α＝arctan(d/f)
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公式I；式中，d为入射狭缝上空间点的高度，f为准直透镜焦距，α为光束角度。4.根据权利要求1所述的基于法布里珀罗干涉仪的超光谱分辨光谱仪，其特征在于，所述法布里珀罗干涉仪一级分光系统位于所述光学导入系统后方，根据公式II进行光谱选择：式中，α为光束进入法布里珀...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢品华，吕寅生，徐晋，李昂，胡肇焜，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：