基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法及设备技术

本发明专利技术涉及基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法及设备，包括以下步骤：S1、待测光源射出的光束经准直透镜透过分束器形成两个光路，两个光路分别为光路I及光路II；S2、设定通带可调滤光片倾斜角为θ，确定通带可调滤光片相对光路I及光路II的中心波长为λ1及λ2；S3、第一光探测器及第二光探测器分别检测光路I及光路II，通过差分运算得到两个探测器间的光强差；S4、通带可调滤光片的角度增加至θ+Δθ

【技术实现步骤摘要】
基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法及设备


[0001]本专利技术涉及光谱技术相关领域，具体是基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法及设备。

技术介绍

[0002]对于现今市场上应用的不同的光谱仪，其不同的光谱仪有不同的工作波段其中，紫外光谱仪(10
‑
380nm)、可见光光谱仪(380
‑
760nm)、近红外光谱仪(760nm
‑
2.5μm)、红外光谱仪(2.5μm
‑
30μm)以及当下研究广泛的太赫兹光谱仪(30
‑
300μm)。
[0003]常见的基于光栅光谱仪光谱，基于衍射原理的光谱仪，其体积较大、结构复杂、光栅价格昂贵、成本花费高、以及能量损失较大，对于一些特定方面的应用存在缺陷并且光谱的分辨率存在些许不足，其影响分辨率的因素包含三大类，入射狭缝、光栅、检测器，这三类影响因素在光通量、分光检测、信噪比方面限制了光谱探测技术在检测波段范围(<10nm)甚至更小量级的检测需求，现有技术冗余。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法，包括以下步骤：
[0007]S1、待测光源射出的光束经准直透镜透过分束器形成两个光路，两个光路分别为光路I及光路II；
[0008]S2、设定通带可调滤光片倾斜角为θ，光路I以角度θ1通过通带可调滤光片，此时，通带可调滤光片相对光路I，中心波长为λ1；光路II经过第一反射镜反射后以角度θ2通过通带可调滤光片，此时，通带可调滤光片相对光路II，中心波长为λ2；
[0009]S3、通过通带可调滤光片的光路I到达第一光探测器并被检测；通过通带可调滤光片的光路II通过第二反射镜到达第二光探测器并被检测，随后通过差分运算得到第一光探测器与第二光探测器间的光强差；
[0010]S4、通过角度调节机构使得通带可调滤光片的角度增加至θ+Δθ
′
，光路I以角度θ1′
通过通带可调滤光片，通带可调滤光片相对光路I的中心波长为λ1+Δλ1；光路II以角度θ2′
通过通带可调滤光片，通带可调滤光片相对光路II中心波长为λ2+Δλ2；
[0011]S5、通过通带可调滤光片的光路I到达第一光探测器并被检测；通过通带可调滤光片的光路II通过第二反射镜到达第二光探测器并被检测，随后通过差分运算得到第一光探测器与第二光探测器间的光强差；
[0012]S6、重复步骤S4及步骤S5，记录多组差分光强信号，通过重建算法获得细节光谱信息。
[0013]如上所述的基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法：采用S型函数曲
线描述通带可调滤光片的透光率，其中，S型函数曲线为：
[0014]T(λ)＝A/(1+exp(
‑
k*(λ
‑
λ
c
)))；
[0015]其中，λ为波长；λ
c
为S型函数曲线对称中心所在波长；k描述曲线上升的速率；T(λ)为滤光片对波长的透光率；A为S型函数曲线的最大值。
[0016]如上所述的基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法：定义响应函数f(λ)为两光路透光率之差，所述光强差信号强度可描述为：
[0017][0018]其中，[λ
a
,λ
b
]为待测窄带波段的波长范围；S(λ)为待测光谱，即待重建光谱；I为两探测器所测得光强差；I
down
为第一探测器所得到的光强信息；I
up
为第二探测器所得到的光强信息。
[0019]如上所述的基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法：通过旋转通带可调滤光片至m个不同角度，记录m个响应函数f1(λ),f2(λ),
…
,f
m
(λ)，线性方程组描述为：
[0020][0021]其中S(λ
a
),S(λ
a+1
),S(λ
a+2
),
…
,S(λ
b
)为待重建光谱中各分立的波长的光强，通过求解线性方程组即可得到S(λ
a
),S(λ
a+1
),S(λ
a+2
),
…
,S(λ
b
)波段光谱信息。
[0022]基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测设备，用于实施所述的基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法，包括：
[0023]准直透镜，用于将待测光源发射的光束形成平行的准直光柱；
[0024]分束器，用于将准直光柱分成光路I及光路II；
[0025]通带可调滤光片，安装于角度调节机构上，且位于所述分束器远离准直透镜的一侧，所述光路I及光路II分别以不同角度通过通带可调滤光片；
[0026]第一反射镜及第二反射镜，用于改变所述光路II的照射角度；
[0027]第一光探测器及所述第二光探测器，分别用于检测所述光路I及所述光路II。
[0028]如上所述的基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测设备：所述通带可调滤光片包括长波边通滤光片、短波边通滤光片或带通滤光片。
[0029]如上所述的基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测设备：所述通带可调滤光片的中心波长为300nm～20um。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种利用滤波片的技术，通过角度调节机构控制可调滤光片倾斜角度的变化以及通过算法重建的方法得到一定窄带波段范围内的光谱分辨率，得到的光谱分辨率精度大大提高；
[0031]本专利技术基于上述待测光源、准直透镜、分束器、角度调节机构、通带可调滤光片、第一反射镜、第二反射镜、第一光探测器及第二光探测器的有效布局实现了基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法的有效实施，总体成本低、分辨率高。
附图说明
[0032]图1为基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测设备的结构示意图。
[0033]图2为λ1到λ2中心波长范围内及λ1+Δλ1到λ2+Δλ2中心波长范围内的光强信息。
[0034]图3为定义的中心波长λ1(λ2)，通带可调滤光片最大透光率的50％处所对应的波长。
[0035]图4为通带可调滤光片在角度θ下构建特定波长范围内极窄带的光强信息实验得到的窄带光强信息。
[0036]图5为通过差分运算计算两个探测器之间的差值面积构建的一定波长范围内窄带光强信息。
[0037]图6为通过积分算法的形式构建不同波长之间的光谱。
[0038]图中：1
‑
待测光源、2
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、待测光源(1)射出的光束经准直透镜(2)透过分束器(3)形成两个光路，两个光路分别为光路I及光路II；S2、设定通带可调滤光片(5)倾斜角为θ，光路I以角度θ1通过通带可调滤光片(5)，此时，通带可调滤光片(5)相对光路I，中心波长为λ1；光路II经过第一反射镜(6)反射后以角度θ2通过通带可调滤光片(5)，此时，通带可调滤光片(5)相对光路II，中心波长为λ2；S3、通过通带可调滤光片(5)的光路I到达第一光探测器(8)并被检测；通过通带可调滤光片(5)的光路II通过第二反射镜(7)到达第二光探测器(9)并被检测，随后通过差分运算得到第一光探测器(8)与第二光探测器(9)间的光强差；S4、通过角度调节机构(4)使得通带可调滤光片(5)的角度增加至θ+Δθ
′
，光路I以角度θ1′
通过通带可调滤光片(5)，通带可调滤光片(5)相对光路I的中心波长为λ1+Δλ1；光路II以角度θ2′
通过通带可调滤光片(5)，通带可调滤光片(5)相对光路II中心波长为λ2+Δλ2；S5、通过通带可调滤光片(5)的光路I到达第一光探测器(8)并被检测；通过通带可调滤光片(5)的光路II通过第二反射镜(7)到达第二光探测器(9)并被检测，随后通过差分运算得到第一光探测器(8)与第二光探测器(9)间的光强差；S6、重复步骤S4及步骤S5，记录多组差分光强信号，通过重建算法获得细节光谱信息。2.根据权利要求1所述的基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法，其特征在于，采用S型函数曲线描述通带可调滤光片(5)的透光率，其中，S型函数曲线为：T(λ)＝A/(1+exp(
‑
k*(λ
‑
λ
c
)))；其中，λ为波长；λ
c
为S型函数曲线对称中心所在波长；k描述曲线上升的速率；T(λ)为滤光片对波长的透光率；A为S型函数曲线的最大值。3.根据权利要求1所述的基于通带可调滤光片的算法重建窄带光谱探测方法，其特征在于，定义响应函数f(λ)为两光路透光率之差，所述光强差信号强度可描述为：其中，[λ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，张宗生，李明德，梁志钦，张怡妮，雷诺，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：