数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法技术

数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法，涉及光谱标定领域，解决了最小二乘法波长标定需要的DMD像元序数与波长对应关系(xj，λj)较多，即在待测的光谱范围内需要有足够多的标准峰值的问题，该方法为分析闪耀光栅-成像胶合镜-数字微镜阵列这段光路，设定闪耀光栅、成像胶合镜和数字微镜阵列的各参数，得近轴光线计算公式，由该公式得各参数关系式，由光线在数字微镜阵列前表面的矢高y与入射到第一折射球面的近轴光线与光轴的夹角u的线性关系y=Au推导出常数系数A值，给定标定波长，则由入射光经闪耀光栅色散后的关系式可得相应的衍射角，设定数字微镜阵列前表面的矢高和对应的像元序数，则可得求波长的关系式。本发明专利技术响应时间短，工作效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱标定
，具体涉及一种。
技术介绍
数字微镜阵列(Digital Micro-Mirror Device,简称DMD)是一种由若干微反射镜组成的光电器件。利用DMD作为波长选通元件，数字微镜光栅光谱仪没有移动元件，提高了光谱仪的可靠性。基于:由于DMD的使用，光谱仪能够利用单点探测器完成对光谱的扫描探测。在波长标定的考虑上，与使用阵列探测器的原理基本相同。对阵列探测器光谱仪器而言，波长标定过程采用具有一系列已知波长谱线的光源，在探测器的空间位置与光强的光谱图上寻找已知标准峰值，得到各谱线峰值点对应的空间位置，用这些峰值点的数据进行多项式拟合，得到整个探测器范围内的空间位置与光强的关系，对于现有的数字微镜光栅光谱仪，单点探测器的光敏面较小，引起的非线性误差可忽略，主要考虑DMD像元的空间位置分布对应光谱波长的位置，采用多项式拟合法和最小二乘法进行计算。虽然这种方法在应用时较为简单、方便，但是它需要的DMD像元序数与波长对应关系(\，Aj.)较多，以至于最小二乘法波长标定需要有较大的光谱覆盖范围便于获得足够多的标准峰值，增加了光谱仪波长标定的响应时间，工作效率低。
技术实现思路
为了解决最小二乘法波长标定需要的DMD像元序数与波长对应关系(Xj，A较多，即在待测的光谱范围内需要有足够多的标准峰值的问题，本专利技术提供一种，它是采用一种基于光路计算的方法进行波长标定。本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下:，该方法的条件和步骤如下:步骤一、对数字微镜光栅光谱仪光路系统中的闪耀光栅-成像胶合镜-数字微镜阵列这段光路进行分析计算；步骤二、入射光经过闪耀光栅色散后，得到如下关系式:m/=cs i n 9+s i n /)CI j式(I)中，m为衍射级次，d为光栅常量，i为入射角，为足值，0力衍射角，范围为5。~15° ;步骤三、成像胶合镜由第一透镜和第二透镜胶合而成，包括第一折射球面、第二折射球面和第三折射球面，设定第一折射球面的前截距为L1，第三折射球面的后截距为L2，第一透镜的厚度为I1，第二透镜的厚度为I2，第一折射球面、第二折射球面和第三折射球面的曲率半径分别为r2和r3，入射到第一折射球面的近轴光线与光轴的夹角为U，入射到第二折射球面的近轴光线与光轴的夹角为U1，入射到第三折射球面的近轴光线与光轴的夹角为U2，入射到数字微镜阵列前表面的近轴光线与光轴的夹角为U3，光线在第一折射球面、第二折射球面、第三折射球面以及数字微镜阵列前表面的矢高分别是m和1，空气折射率为IV第一透镜的折射率为II1，第二透镜的折射率为n2，则近轴光线的计算公式为:..y j 暑本文档来自技高网...

【技术保护点】
数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法，其特征在于，该方法的条件和步骤如下：步骤一、对数字微镜光栅光谱仪光路系统中的闪耀光栅（5）?成像胶合镜（6）?数字微镜阵列（7）这段光路进行分析计算；步骤二、入射光经过闪耀光栅（5）色散后，得到如下关系式：式（1）中，m为衍射级次，d为光栅常量，i为入射角，为定值，为衍射角，范围为5°～15°；步骤三、成像胶合镜（6）由第一透镜（61）和第二透镜（62）胶合而成，包括第一折射球面（611）、第二折射球面（612）和第三折射球面（613），设定第一折射球面（611）的前截距为L1，第三折射球面（613）的后截距为L2，第一透镜（61）的厚度为l1，第二透镜（62）的厚度为l2，第一折射球面（611）、第二折射球面（612）和第三折射球面（613）的曲率半径分别为r1、r2和r3，入射到第一折射球面（611）的近轴光线与光轴的夹角为u，入射到第二折射球面（612）的近轴光线与光轴的夹角为u1，入射到第三折射球面（613）的近轴光线与光轴的夹角为u2，入射到数字微镜阵列（7）前表面的近轴光线与光轴的夹角为u3，光线在第一折射球面（611）、第二折射球面（612）、第三折射球面（613）以及数字微镜阵列（7）前表面的矢高分别是y1、y2、y3和y，空气折射率为n0，第一透镜（61）的折射率为n1，第二透镜（62）的折射率为n2，则近轴光线的计算公式为：n′′u′′-n′u′=n′′-n′rh---(2)式（2）中，n〞与n＇分别表示以折射球面为界面的折射前后两个介质的折射率，u〞为入射到折射球面的光线与光轴间的夹角，u＇为经过折射球面折射后光线与光轴间的夹角，h为入射光线在折射球面的矢高，r为折射球面的半径；步骤四、通过式（2）可以得到如下关系式：y1=L1tanun1u1-n0u=n1-n0r1y1y2=y1-l1tanu1n2u2-n1(-u1)=n2-n1r2y2y3=y2-l2tanu2n0u3-n2(-u2)=n0-n2r3y3y=y3-L2tanu3---(3)式（3）中，u、u1、u2和u3均小于10°，tanu≈u，tanu1≈u1，tanu2≈u2，tanu3≈u3，则将式（3）简化为：y1=L1un1u1-n0u=n1-n0r1y1y2=y1-l1u1n2u2-n1(-u1)=n2-n1r2y2y3=y2-l2u2n0u3-n2(-u2)=n0-n2r3y3y=y3-L2u3---(4)步骤五、通过式（4）可知，光线在数字微镜阵列（7）前表面的矢高y与入射到第一折射球面（611）的近轴光线与光轴的夹角u呈线性关系：y=Au???（5）式（5）中：A为常数系数，通过式（4）推导出A的数值为：A=[L1-l1n1(n1-n0r1L1+n0)]-l2n2{n2-n1r2[L1-l1n1(n1-n0r1L1+n0)]-(n1-n0r1L1+n0)}-L2n0n0-n2r3[L1-l1n1(n1-n0r1L1+n0)]-l2n2{n2-n1r2[L1-l1n1(n1-n0r1L1+n0)]-(n1-n0r1L1+n0)}-{n2-n1r2[L1-l1n1(n1-n0r1L1+n0)]-(n1-n0r1L1+n0)}--(6)若给定的标定波长为λ0，则由式（1）可以得到相应的衍射角在数字微镜阵列（7）前表面的矢高为y0，对应的数字微镜阵列（7）的像元序数为x0，其中，y0=αx0，α为数字微镜阵列（7）的像元尺寸，则可以推导出以下关系式：若给定数字微镜阵列（7）的像元序数x，则利用式（7）可以推导出对应的波长λ。FDA0000419415720000011.jpg,FDA0000419415720000012.jpg,FDA0000419415720000033.jpg,FDA0000419415720000032.jpg...

【技术特征摘要】
1.数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法，其特征在于，该方法的条件和步骤如下: 步骤一、对数字微镜光栅光谱仪光路系统中的闪耀光栅(5)-成像胶合镜(6)-数字微镜阵列(7)这段光路进行分析计算； 步骤二、入射光经过闪耀光栅(5)色散后，得到如下关系式: 2.根据权利要求1所述的数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法，其特征在于，所述数字微镜光栅光谱仪的光路系统由聚光胶合镜(I)、聚光柱面镜(2)、狭缝(3)、准直胶合镜(4)、闪耀光栅(5)、成像胶合镜(6)、数字微镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：党博石，刘华，许家林，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：