CN102564592A

CN102564592A - 脉冲闪光灯辐射光谱测量装置和测量方法

Info

Publication number: CN102564592A
Application number: CN2012100043652A
Authority: CN
Inventors: 刘建军; 李海兵; 林文正; 吴睿骅; 邵若燕; 梁海荣
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2012-07-11

Abstract

一种脉冲闪光灯辐射光谱测量装置和测量方法，装置由待测脉冲闪光灯的插座，光衰减系统、第一光谱仪、第二光谱仪、第一滤波系统、第二滤波系统、第一ICCD探测器、第二ICCD探测器、计算机、脉冲闪光氙灯电源和同步控制系统构成。本发明通过脉冲闪光灯一次闪光和计算机一次接谱即可获得待测脉冲闪光灯的辐射光谱，减少不同发次放电闪光之间的不一致性及多次接谱产生的误差，而且具有光谱测量的时间分辨率较高的特点。

Description

脉冲闪光灯辐射光谱测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及脉冲闪光灯，特别是一种脉冲闪光灯辐射光谱测量装置和测量方法。

背景技术

脉冲闪光灯以其高亮度、高色温的特点而广泛应用于照明、摄影、航海和激光等领域，尤其作为泵浦光源其光谱分布特性将直接影响激光器的总体效率，因此辐射光谱是脉冲闪光灯的一项重要指标。

脉冲闪光灯辐射光谱的测量是一项技术难度较高的工作，由于脉冲闪光灯辐射光谱具有光谱范围宽、辐射功率高、峰值大（最高可达10⁸瓦量级）的特点，因此要求光谱仪的接受器和数据处理元件动态范围大，线性区间宽，否则部分光谱会出现饱并导致光谱变形，从而不能得到正确的脉冲氙灯光谱。因此，测量脉冲闪光灯辐射光谱必须解决好以下技术问题：

(1)辐射光谱范围宽

由于脉冲闪光辐射的光谱范围宽（通常覆盖从近紫外到近红外的区域）,因此需要探测器具有较宽的响应范围。

(2)光谱测试中的动态范围大

脉冲闪光灯放电时辐射功率非常高，且峰值大，因此，要求光谱测量装置的探测器和数据处理元件动态范围大。此外，必须在探测器前级加入特定的辐射衰减装置，采用宽光谱范围的中性衰减技术，保证衰减后的光谱不失真。

（3）光谱采集的时间分辨能力

脉冲闪光灯的辐射闪光持续期通常在微秒至秒级范围，在整个脉冲闪光过程中不同时刻的辐射光谱会有差别，因此希望光谱探测器具有较小门宽以获得时间分辨能力较好的辐射光谱。

据报道，1986年，美国LLNL在研制NIF泵浦脉冲闪光氙灯时采用了一种光谱测量装置，该装置使用光谱响应范围较宽（0.4~1.0μm）的硅光导管作为接收器，采用滤波片消除二级衍射光谱的影响，通过三次独立闪光分段采集光谱后两次接谱得到了分辨率1nm的脉冲闪光氙灯辐射光谱曲线。由于硅光导管无时间快门功能，该装置依靠高速旋转的马达带动配有狭缝的遮光转轮形成机械快门，从而实现脉冲闪光氙灯辐射光谱的测量。

由于上述方案中机械快门门宽较大，通常在数十微秒以上，因此时间分辨能力较差。此外,由于辐射光谱为三次脉冲闪光后两次接谱获得,不同脉冲放电发次之间的不一致性和接谱次数会增加光谱数据的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脉冲闪光灯辐射光谱测量装置和测量方法，该装置和方法通过一次脉冲闪光采集后一次接谱可获得脉冲闪光灯辐射光谱，而且具有光谱测量的时间分辨率较高的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种脉冲闪光灯辐射光谱测量装置，包括待测脉冲闪光灯的插座，其特点在于由衰减系统、第一光谱仪、第二光谱仪、第一滤波系统、第二滤波系统、第一ICCD探测器、第二ICCD探测器、计算机、脉冲闪光氙灯电源和同步控制系统构成，其位置关系如下：在所述的脉冲闪光灯发出的光经衰减系统后形成的光束方向并列地设置第一光谱仪和第二光谱仪，在所述的第一光谱仪和第二光谱仪的入口分别设有第一滤波系统和第二滤波系统，在所述的第一光谱仪和第二光谱仪的出口分别配置第一ICCD探测器和第二ICCD探测器，该第一ICCD探测器和第二ICCD探测器的输出端与计算机相连，该计算机的输出端接同步控制系统的输入端，该接脉冲闪光氙灯电源，该脉冲闪光氙灯电源一个输出端接同步控制系统的输入端，该同步控制系统的三个输出端分别与脉冲闪光氙灯电源的同步控制端、第一ICCD探测器的同步控制端、第二ICCD探测器的同步控制端相连。

所述的衰减系统是光阑、中性密度衰减片或中性标准散射板。

所述的第一ICCD探测器和第二ICCD探测器是两台功能和型号相同的光谱分辨光谱仪，但所述的第一ICCD探测器的光谱响应范围为近紫外至可见光中段，第二ICCD探测器的光谱响应范围为可见光中段至近红外波段，二者的光谱响应范围可见光中段有重叠的波段交迭区域。

利用所述的脉冲闪光灯辐射光谱测量装置进行脉冲闪光灯辐射光谱的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①在所述的待测脉冲闪光灯的插座上插入待测脉冲闪光灯，开启计算机，该计算机控制所述的第一ICCD探测器和第二ICCD探测器处于等待采集状态；由计算机发送触发指令至同步触发控制系统，该同步触发控制系统发送指令至脉冲闪光灯电源使脉冲闪光灯闪光，同时该同步触发控制系统发送指令同步触发所述的第一ICCD探测器和第二ICCD探测器使其同步采集数据，该第一ICCD探测器和第二ICCD探测器分别采集得到初始光谱数据A和初始数据B，并送所述的计算机；

②将所述的脉冲闪光灯和对应的脉冲闪光灯电源置换为标准灯及其电源，重复步骤①测量得到标准灯的实时光谱数据送入所述的计算机，将所述的实时光谱数据与标准灯的原始光谱数据进行比对处理，得到比值函数S（λ），又称为校正因子，对应的函数曲线为校正因子曲线；

③所述的计算机对所述的初始光谱数据A和初始光谱数据B利用所述的校正因子S（λ）进行校正，获得光谱数据A^’和光谱数据B^’，计算机对光谱数据A^’和光谱数据B^’在交迭的光谱波段内选择某一波长坐标点，所选的波长坐标点对应光谱数据A^’和光谱数据B^’处于相对平滑的区域，求取该波长坐标点对应的两光谱强度数值的比值；

④利用所述的两光谱强度数值的比值对光谱数据A^’和光谱数据B^’进行归一化处理，然后在所选的波长坐标点处将归一化后的光谱数据A^’和光谱数据B^’进行拼接，即得到所述的待测脉冲闪光灯的辐射光谱。

本发明的优点：

1、本发明可以通过一次闪光一次接谱即可采集获得待测脉冲闪光灯的辐射光谱，减少不同发次放电闪光之间的不一致性及多次接谱产生的误差。

2、由于采用ICCD探测器具有较小的时间门宽，因此光谱测量的时间分辨率较高。

附图说明

图1是本发明脉冲闪光氙灯辐射光谱测量装置框图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的包含范围。

先请参阅图1，图1是本发明脉冲闪光氙灯辐射光谱测量装置框图，由图可见，本发明脉冲闪光灯辐射光谱测量装置，包括待测脉冲闪光灯1的插座，其构成是：在所述的脉冲闪光灯1发出的光经衰减系统2后形成的光束方向并列地设置第一光谱仪4和第二光谱仪7，在所述的第一光谱仪4和第二光谱仪7的入口分别设有第一滤波系统3和第二滤波系统6，在所述的第一光谱仪4和第二光谱仪7的出口分别配置第一ICCD探测器5和第二ICCD探测器8，该第一ICCD探测器5和第二ICCD探测器8的输出端与计算机11相连，该计算机11的输出端接同步控制系统10的输入端，该同步控制系统10的三个输出端分别与脉冲闪光氙灯电源9的同步控制端、第一ICCD探测器5的同步控制端和第二ICCD探测器8的同步控制端相连，接脉冲闪光氙灯电源9的出端接所述的脉冲闪光氙灯1的两端。

本实施例中第一滤波系统3和第二滤波系统6采用高通截止滤光片，以消除测量过程中光谱二级衍射的影响。为了防止脉冲放电辐射光强过大引起的探测器饱和，需要对脉冲闪光辐射采取衰减措施，所述的衰减系统2是光阑。

所述的第一ICCD探测器5和第二ICCD探测器8是两台功能和型号相同的光谱分辨光谱仪，但所述的第一ICCD探测器5的光谱响应范围为近紫外至可见光中段，第二ICCD探测器8的光谱响应范围为可见光中段至近红外波段，二者的光谱响应范围可见光中段有重叠的波段交迭区域。

所述的第一ICCD探测器5的光谱响应范围为250~500nm，第二ICCD探测器8的光谱响应范围为490~1000nm，所述的第一ICCD探测器5和第二ICCD探测器8的光谱响应区域在490~500nm出现交迭。所述的第一ICCD探测器5和第二ICCD探测器8的门宽选为

，具有设置时间延迟功能。所述的第一光谱仪4配置248nm高通截止滤光片，用于滤除短于250nm的脉冲闪光氙灯光谱所引入的二级衍射；第二光谱仪7配置450nm高通截止滤光片，用于滤除短于450nm波长所带来的二级衍射。

利用上述的脉冲闪光灯辐射光谱测量装置进行脉冲闪光灯辐射光谱的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①在所述的待测脉冲闪光灯（1）的插座上插入待测脉冲闪光灯（1），开启计算机（11），该计算机（11）控制所述的第一ICCD探测器（5）和第二ICCD探测器（8）处于等待采集状态；由计算机（11）发送触发指令至同步触发控制系统（10），该同步触发控制系统（10）发送指令至脉冲闪光灯电源（9）使脉冲闪光灯（1）闪光，同时该同步触发控制系统（10）发送指令同步触发所述的第一ICCD探测器（5）和第二ICCD探测器（8）使其同步采集数据，该第一ICCD探测器（5）和第二ICCD探测器（8）分别采集得到初始光谱数据A和初始数据B，并送所述的计算机（11）；

②将所述的脉冲闪光灯（1）和对应的脉冲闪光灯电源（9）置换为标准灯及其电源，重复步骤①测量得到标准灯的实时光谱数据送入所述的计算机（11），将所述的实时光谱数据与标准灯的原始光谱数据进行比对处理，得到比值函数S（λ），又称为校正因子，对应的函数曲线为校正因子曲线；

③所述的计算机（11）对所述的初始光谱数据A和初始光谱数据B利用所述的校正因子S（λ）进行校正，获得光谱数据A^’和光谱数据B^’，计算机（11）对光谱数据A^’和光谱数据B^’在交迭的光谱波段内选择某一波长坐标点，所选的波长坐标点对应光谱数据A^’和光谱数据B^’处于相对平滑的区域，求取该波长坐标点对应的两光谱强度数值的比值；

④利用所述的两光谱强度数值的比值对光谱数据A^’和光谱数据B^’进行归一化处理，然后在所选的波长坐标点处将归一化后的光谱数据A^’和光谱数据B^’进行拼接，即得到所述的待测脉冲闪光灯1的辐射光谱。

用于强度校正的标准灯采用波长范围220~1100nm的标准氘灯和卤钨灯组合来完成。用该装置测量标准灯，将所得光谱数据与标准灯原始数据进行比对得到装置的光谱校正因子S（λ），利用上述光谱校正因子S（λ）对采集的两段光谱数据A和光谱数据B做强度校正，对经过校正的两段光谱数据通过归一化方式（强度比值法）处理后进行一次拼接，即得到脉冲闪光氙灯的辐射光谱。

通过该装置测得的脉冲闪光氙灯辐射光谱范围为250~1000nm，光谱分辨率1nm，分辨光谱时间分辨能力可达到1μs。

该实施例已成功应用于脉冲闪光氙灯辐射光谱的测量工作。

综上所述，本发明的脉冲闪光灯辐射光谱测量装置和测量方法能够有效地通过一次闪光一次接谱即可采集获得待测脉冲闪光灯的辐射光谱，减少不同发次放电闪光之间的不一致性及多次接谱产生的误差，而且具有光谱测量的时间分辨率较高的特点。

Claims

1.一种脉冲闪光灯辐射光谱测量装置，包括待测脉冲闪光灯（1）的插座，其特征在于由衰减系统（2）、第一光谱仪（4）、第二光谱仪（7）、第一滤波系统（3）、第二滤波系统（6）、第一ICCD探测器（5）、第二ICCD探测器（8）、计算机（11）、脉冲闪光氙灯电源（9）和同步控制系统（10）构成，其位置关系如下：在所述的脉冲闪光灯（1）发出的光经衰减系统（2）后形成的光束方向并列地设置第一光谱仪（4）和第二光谱仪（7），在所述的第一光谱仪（4）和第二光谱仪（7）的入口分别设有第一滤波系统（3）和第二滤波系统（6），在所述的第一光谱仪（4）和第二光谱仪（7）的出口分别配置第一ICCD探测器（5）和第二ICCD探测器（8），该第一ICCD探测器（5）和第二ICCD探测器（8）的输出端与计算机（11）相连，该计算机（11）的输出端接同步控制系统（10）的输入端，该接脉冲闪光氙灯电源（9），该脉冲闪光氙灯电源（9）一个输出端接同步控制系统（10）的输入端，该同步控制系统（10）的三个输出端分别与脉冲闪光氙灯电源（9）的同步控制端、第一ICCD探测器（5）的同步控制端、第二ICCD探测器（8）的同步控制端相连。

2.根据权利要求所述的脉冲闪光灯辐射光谱测量装置，其特征在于所述的衰减系统（2）是光阑、中性密度衰减片或中性标准散射板。

3.根据权利要求所述的脉冲闪光灯辐射光谱测量装置，其特征在于所述的第一ICCD探测器（5）和第二ICCD探测器（8）是两台功能和型号相同的光谱分辨光谱仪，但所述的第一ICCD探测器（5）的光谱响应范围为近紫外至可见光中段，第二ICCD探测器（8）的光谱响应范围为可见光中段至近红外波段，二者的光谱响应范围可见光中段有重叠的波段交迭区域。

4.利用权利要求1所述的脉冲闪光灯辐射光谱测量装置进行脉冲闪光灯辐射光谱的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

④利用所述的两光谱强度数值的比值对光谱数据A^’和光谱数据B^’进行归一化处理，然后在所选的波长坐标点处将归一化后的光谱数据A^’和光谱数据B^’进行拼接，即得到所述的待测脉冲闪光灯（1）的辐射光谱。