CN102538967A

CN102538967A - 一种高精度光谱仪多波长校准系统

Info

Publication number: CN102538967A
Application number: CN2012100850789A
Authority: CN
Inventors: 陈志超; 刘宏欣; 刘华; 袁海骥
Original assignee: COADNA (SUZHOU) Ltd
Current assignee: COADNA (SUZHOU) Ltd
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明揭示了一种采用多波长标定元件的光谱吸收位置作为参考，对光谱仪进行多个波长校准的系统，具有成本低、校准方法简单、校准速度较快以及校准精度高等优点，适用于大型企业对生产线上批量光谱仪器设备的校准。该发明的使用能够克服现有汞灯特征谱线或者激光器校准方法只能校准一到二个波长位置的偏差，或者校准波长的整体平移，对于每个波长点偏差不一致的光谱仪校准效果很差的缺点，大幅度提高通信、仪器等产业测试和校准光谱仪的速度，对依靠光谱仪生产的产品质量及可靠性也有很大的影响。

Description

一种高精度光谱仪多波长校准系统

技术领域

本发明涉及一种光谱仪多波长校准系统，尤其是指一种采用标准件Gas cell的光谱吸收位置作为参考，对光谱仪进行多个波长的校准的系统，具有成本低、校准方法简单、校准速度较快以及校准精度高等优点，大幅度提高通信、仪器等产业测试和校准光谱仪的速度，适用于大型企业对生产线上批量光谱仪器设备的校准，对依靠光谱仪生产的产品质量及可靠性也有很大的影响。

背景技术

目前，通信、仪器、测试等领域中越来越多的产品内部都包含有光学元件，特别是使用在一定光谱范围下的光学元件，都需要使用光谱仪进行测试。而光谱仪的精度尤其是波长精度不仅直接影响光学元件的使用性能，而且对产品的质量、可靠性及寿命也至关重要。

现在较为成熟的用于校准光谱仪的方法主要有利用汞灯特征谱线或者激光器等来校准，这些方法的测试分辨率及测量精度较高，但是也存在明显的不足，如只能校准一到二个波长位置的偏差，或者校准波长的整体平移，对于每个波长点偏差不一致的光谱仪校准效果很差等缺点。

发明内容

本发明涉及一种光谱仪多波长校准系统，尤其是指一种采用标准件Gas cell的光谱吸收位置作为参考，对光谱仪进行多个波长的校准的系统，具有成本低、校准方法简单、校准速度较快以及校准精度高等优点，大幅度提高通信、仪器等产业测试和校准光谱仪的速度，适用于大型企业对生产线上批量光谱仪器设备的校准，对依靠光谱仪生产的产品质量及可靠性也有很大的影响。本发明能够克服现有汞灯特征谱线或者激光器校准方法只能校准一到二个波长位置的偏差，或者校准波长的整体平移，对于每个波长点偏差不一致的光谱仪校准效果很差的缺点，大幅度提高通信、仪器等产业测试和校准光谱仪的速度，对依靠光谱仪生产的产品质量及可靠性也有很大的影响。

本发明所采用的技术方案为：

采用标准件Gas cell的光谱吸收位置作为参考，对光谱仪进行多个波长的校准。具体方案如下：

1.使用光谱仪在一定范围内(以1520-1570nm为例)扫描Gas cell，获得Gas cell的光谱数据。

2.使用自制程序对Gas cell吸收峰进行Lorentzian曲线拟合，得到光谱数据中Gascell吸收峰光波长位置。

3.使用2中得到的Gas cell吸收峰波长位置和NIST所公布的Gas cell吸收峰所在波长位置进行比较，得到每个吸收峰的偏差。在C波段，Gas cell有51个标定的吸收峰，可以得到51个不同波长位置的离散偏差值。

4.将此51个波长偏差的波长位置作为横轴，偏差值作为纵轴，得到光谱误差线。使用曲线来拟合光谱误差线，得到光谱仪偏差的数学模型。

5.使用4中得到的数学模型，可以得到校准光谱范围内光谱仪偏差的连续波长偏差值，利用软件对光谱仪扫描的每个波长点添加补偿量，从而校准光谱仪的波长偏差。

一种高精度光谱仪多波长校准系统，其特征在于：包括校准程序、宽谱光源(如ASE光源)、多波长标定元件(如Gas Cell或者Comb Filter)以及元件中相互连接的光纤，其中所述的宽谱光源发出的宽谱光通过多波长标定元件，在光谱上形成特定的峰谷分布，用于计算光谱仪测试的偏差值，从而建立数学模型得到连续偏差值作为光谱仪的补偿数据，对光谱仪测试得到的结果进行修正。

进一步地，前述的一种高精度光谱仪多波长校准系统，其特征在于使用自制程序对Gascell吸收峰进行Lorentzian曲线拟合，得到光谱数据中Gas cell吸收峰光波长位置。Lorentzian曲线拟合可以减少校准误差。

进一步地，前述的一种高精度光谱仪多波长校准系统，其特征在于运行校准程序后，首先检查光谱仪偏差情况。检查结果将会在程序面板上显示，并且自动保存校准前、后的数据和图片，便于检查。

本发明广泛具有成本低、校准方法简单、校准速度较快以及校准精度高等优点，适用于要求高精度光谱测试的各个领域，尤其是适用于大型企业对生产线批量光谱测试仪器的校准，成本低，速度快。

附图说明

图1为高精度光谱仪多波长校准系统结构图。

图中各附图标记的含义为：

1～校准程序；2～待校准光谱仪；3～多波长标定元件；4～宽谱光源；5～出光光纤接口；6～光纤。

图2为光谱仪多波长校准系统校准程序界面。

图3为光谱仪多波长校准系统校准前后光谱仪误差对比图。

具体实施方式

为了快速方便的校准光谱仪的波长偏差，本发明揭示了一种采用标准件Gas cell的光谱吸收位置作为参考，对光谱仪进行多个波长的校准的系统，具有成本低、校准方法简单、校准速度较快以及校准精度高等优点，适用于大型企业对生产线上批量光谱仪器设备的校准。该光谱仪多波长校准系统包括宽谱光源及光谱标准件Gas Cell。下面以实例光谱仪来阐述校准系统的具体实施方式。

该光谱校准系统的具体实施方式分为两步：

(一)系统的连接：

将宽谱光源的出光口用光纤连接到Gas Cell的一端，将Gas Cell的另一端连接到光谱仪的测试端口。

将光谱仪的I/O口接到计算机相应I/O口上，使计算机可以通过校准控制光谱仪。

(二)校准

运行图2所示程序，首先检查光谱仪偏差情况。检查结果将会在程序面板上显示，并且会保存图片和数据文件存档。

点击“校准”按键，再次运行此程序，则程序将进行光谱仪的校准操作，得到校准前后对比图，图3中a和b为校准前后光谱仪误差对比图。可以看到，校准前，光谱仪的波长误差在+/-1G左右，校准后，误差在+/-0.1左右。精度提高5-10倍，有效提高了设备的使用价值。

通过以上结构及测试方法的描述，本发明的实质性特征已明确，其效果主要归结为以下几点：

1.以往光谱仪校准一般采用汞灯特征谱线或者激光器来校准，只能校准一到二个波长位置的偏差，或者校准波长的整体平移，对于每个波长点偏差不一致的光谱仪校准效果很差。而本方案采用了多个波长测量，建立数学模型的方法，可以对光谱仪每个扫描点均进行校准，可以非常有效的校准各波长偏差不同的光谱仪，对于各波长偏差相同的光谱仪同样有效。

2.使用软件进行上述步骤，校准时间短，校准时间就是光谱仪扫描一次的时间。校准精度高，一般可以达到+/-0.2G(1.6pm)以内，比光谱仪自身精度(10pm)提高5～10倍左右。

3.所有步骤均有软件自动完成，避免了操作员的主观误差。

4.软件保存校准前后数据，方便检查。

综上所述，本发明能够高精度的校准光谱仪的各类波长误差。通过实施例的具体描述，其结构特征及测试方法已被详细地公示，但凡基于上述实施例及其测试方法所作的等效替换或简单修改，均应该被包含于本发明专利请求的专利保护范围之内。

Claims

1.一种高精度光谱仪多波长校准系统，其特征在于：包括校准程序、宽谱光源(如ASE光源)、多波长标定元件(如Gas Cell或者Comb Filter)以及元件中相互连接的光纤，其中所述的宽谱光源发出的宽谱光通过多波长标定元件，在光谱上形成特定的峰谷分布，用于计算光谱仪测试的偏差值，从而建立数学模型得到连续偏差值作为光谱仪的补偿数据，对光谱仪测试得到的结果进行修正。

2.根据权利要求1所述的一种高精度光谱仪多波长校准系统，其特征在于使用自制程序对Gas cell吸收峰进行Lorentzian曲线拟合，得到光谱数据中Gas cell吸收峰光波长位置。Lorentzian曲线拟合可以减少校准误差。

3.根据权利要求1所述的一种高精度光谱仪多波长校准系统，其特征在于运行校准程序后，首先检查光谱仪偏差情况。检查结果将会在程序面板上显示，并且自动保存校准前、后的数据和图片，便于检查。