CN111007006B - 一种多光谱调制输出光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学领域，公开了一种多光谱调制输出光源装置，包括分光模块、控制模块和光耦合模块。其中，分光模块包括透镜A、光栅、透镜B及数字微镜器件，用于将复合光分光，且将不同波长的光聚焦在数字微镜器件的不同的微镜单元上；控制模块包括控制板卡及计算机，用于实现波长的编码；光耦合模块包括透镜及光纤，用于耦合多光谱调制光的输出。该方法主要通过控制数字微镜器件上各微镜单元的角度反射指定波长的光，从而实现任意单个波长及组合波长的输出。该装置的光谱透过率切换速度快且切换过程操作简单，可通过编程来控制指定的输出波长及其输出时间，可有效解决传统光源无法实现任意光谱组合输出的问题。

Description

一种多光谱调制输出光源装置
技术领域
本发明属于光学领域，涉及一种多光谱调制输出光源装置。
背景技术
在光学检测领域中，由于不同样本对不同波长的光具有选择性吸收、散射和反射效果，为了对不同样本进行准确地检测，通常需要将检测设备的光源切换至不同波长下进行探测。目前，实现不同波长输出的光源装置主要通过单色仪或滤光片转轮等方式实现。单色仪利用棱镜或光栅等色散元件将复色光分光，并利用狭缝选择指定波长的光。滤光片转轮通过载有不同的光谱透过率的滤光片，进而选择并输出复色光源中指定波长的光。然而，这些方法通常一次性只能输出单一波长，无法实现组合光谱的输出。
发明内容
针对目前现有技术中存在的不足，本发明提供了一种多光谱调制输出光源装置。该方法通过控数字微镜器件上各微镜单元的角度，不仅可以实现单一波长输出，还可进行任意光谱组合的输出，从而可针对复杂样本实现更为清晰、准确的检测。
本发明的具体技术方案为：一种多光谱调制输出光源装置，包括分光模块、控制模块和光耦合模块；其中，分光模块包括透镜A、光栅、透镜B及数字微镜器件，用于将复合光分光；控制模块包括控制板卡及计算机，用于实现波长编码；光耦合模块包括透镜组和光纤，用于耦合多光谱调制光的输出；
所述的分光模块，其特征在于，复合光光源经透镜A变为平行光束，经光栅将复色光分光后，由透镜B将不同波长的光汇聚至数字微镜器件不同的微镜单元上；其中，数字微镜器件位于透镜B的一侧焦平面上；
所述的控制模块，其特征在于，控制板卡及计算机用于控制数字微镜器件上各微镜单元的方向及持续时间，将指定波长的光在指定时间内反射至后续光耦合模块中；其中，数字微镜器件的各微镜单元可被控制处于“开”或“关”状态，控制模块通过控制指定波长所对应的微镜单元处于“开”状态及持续时间，其它微镜单元处于“关”状态，从而实现多光谱调制。
所述的光耦合模块，经数字微镜器件调制后的光，通过透镜组汇聚并耦合进光纤中，实现多光谱调制光的输出。
上述透镜组包括两个或两个以上的凸透镜。
所述的一种多光谱调制输出光源装置，通过调整入射光角度、光栅刻线密度、透镜B(4)焦距及数字微镜器件横向工作长度控制其工作波长范围。当入射光角度为θi，设定的最小工作波长为Wmin时，最大工作波长为Wmax可根据公式(1)获得，
Figure BDA0002287492770000021
其中，α为光栅刻线密度，F为透镜焦距，数字微镜器件的横向工作长度L。
所述的一种多光谱调制输出光源装置，用于控制某一波长为Wi的光所对应的微镜单元序数Ni根据公式(2)获得，
Figure BDA0002287492770000022
其中，
Figure BDA0002287492770000023
表示向下取整，α为光栅刻线密度，F为透镜焦距，d为单个微镜单元的横向工作长度，θi为入射光角度。
本发明的有益效果为：提供了一种多光谱调制输出光源装置，数字微镜器件通过控制不同位置各个微镜单元的角度，可以任意调节光谱透过率，进而实现多光谱调制光的输出。该装置还具有光谱透过率切换速度快、切换过程操作简单等优点。
附图说明
图1是本发明的光路设计图；
图中：1复合光光源；2透镜A；3光栅；4透镜B；5数字微镜器件；6透镜组；7光纤；8控制板卡；9计算机。
图2是基于一种多光谱调制输出光源装置实现的多光谱调制输出光的光谱图。(a)数字微镜器件状态一时的光谱图；(b)数字微镜器件状态二时的光谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施做详细说明。
实施例1
根据图1所示一种多光谱调制输出光源装置，复合光光源(1)经透镜A(2)变为平行光束，经光栅(3)将复色光分光后，由透镜B(4)将不同波长的光汇聚至数字微镜器件(5)上不同的微镜单元上。通过控制板卡(8)及计算机(9)，控制数字微镜器件(5)上各微镜单元的方向及持续时间，将指定波长的光在指定时间内反射至后续光耦合模块中透镜组(6)汇聚并耦合进光纤(7)中，进而实现多光谱调制光的输出。其中，选用的数字微镜器件的横向有效工作长度为9.8mm，共有912个微镜；选用的入射光角度为0°；选用的光栅的刻线密度为600线/毫米；选用透镜B的焦距为100mm。该多光谱调制输出光源装置可调控的波长范围为535nm～668nm。
该多光谱调制输出光源装置可实现任意波长及带宽的多光谱调制光输出。当数字微镜器件上第400～469个微镜单元为“开”状态且持续时间为2t时，可实现595nm～605nm波长范围的光输出，如图2(a)所示；当数字微镜器件上第285～312和第614～670个微镜为“开”状态时且持续时间分别为t和3t时，可分别实现578nm～582nm和626nm～634nm波长范围的光输出，如图2(b)所示。

Claims (2)

1.一种多光谱调制输出光源装置，其特征在于，包括分光模块、控制模块和光耦合模块；其中，分光模块包括透镜A(2)、光栅(3)、透镜B(4)及数字微镜器件(5)，用于将复合光分光；控制模块包括控制板卡(8)及计算机(9)，用于实现波长编码；光耦合模块包括透镜组(6)和光纤(7)，用于耦合多光谱调制光的输出；
所述的分光模块，复合光光源(1)经透镜A(2)变为平行光束，经光栅(3)将复色光分光后，由透镜B(4)将不同波长的光汇聚至数字微镜器件(5)不同的微镜单元上；其中，数字微镜器件(5)位于透镜B(4)的一侧焦平面上；
所述的控制模块，控制板卡(8)及计算机(9)用于控制数字微镜器件(5)上各微镜单元的方向及持续时间，将指定波长的光在指定时间内反射至后续光耦合模块中；其中，数字微镜器件的各微镜单元可被控制处于“开”或“关”状态，控制模块通过控制指定波长所对应的微镜单元处于“开”状态及持续时间，其它微镜单元处于“关”状态，从而实现多光谱调制；
通过调整入射光角度、光栅刻线密度、透镜B(4)焦距及数字微镜器件横向工作长度控制其工作波长范围；当入射光角度为θi，设定的最小工作波长为Wmin时，最大工作波长为Wmax根据公式(1)获得，
Figure FDA0003238298430000011
其中，α为光栅刻线密度，F为透镜焦距，数字微镜器件的横向工作长度L；用于控制某一波长为Wi的光所对应的微镜单元序数Ni根据公式(2)获得，
Figure FDA0003238298430000012
其中，
Figure FDA0003238298430000013
表示向下取整，α为光栅刻线密度，F为透镜焦距，d为单个微镜单元的横向工作长度，θi为入射光角度；
所述的光耦合模块，经数字微镜器件(5)调制后的光，通过透镜组(6)汇聚并耦合进光纤(7)中，实现多光谱调制光的输出。
2.根据权利要求1所述的一种多光谱调制输出光源装置，其特征在于，透镜组(6)包括两个或两个以上的凸透镜。
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