CN103162828B - 基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪 - Google Patents

基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪 Download PDF

Info

Publication number
CN103162828B
CN103162828B CN201310059874.XA CN201310059874A CN103162828B CN 103162828 B CN103162828 B CN 103162828B CN 201310059874 A CN201310059874 A CN 201310059874A CN 103162828 B CN103162828 B CN 103162828B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pohle
spectrometer
perot filter
array type
enamel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310059874.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103162828A (zh
Inventor
沈永行
姜培培
吴波
杨丁中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201310059874.XA priority Critical patent/CN103162828B/zh
Publication of CN103162828A publication Critical patent/CN103162828A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103162828B publication Critical patent/CN103162828B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪。它由一个可调谐的珐波利-珀罗滤波器和一个阵列式探测器光谱仪组成，待测的宽带光谱信号入射到可调谐珐波利-珀罗滤波器，转换成一个梳状的光谱出射，由后端的阵列式探测器光谱仪进行测量。通过逐次调节可调谐珐波利-珀罗滤波器的扫描电压，并利用阵列式探测器光谱仪同时记录该时刻可调谐珐波利-珀罗滤波器输出的梳状光谱，就可以同时获得一个宽波段光谱范围内的整体光谱信息，并具有超高光谱分辨率的特点。本发明可获得一种结构简单、光谱分辨率极高、测量时间很短的新型光谱测量仪器，适用于多种气体成分本征吸收光谱的同时测量。

Description

基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪
技术领域
本发明涉及光谱测量仪器，尤其涉及一种基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪。
背景技术
光谱表示光学强度随着光学波长（或光学频率）的分布。光谱测量作为一种基本物性的测量，在各行各业有着广泛的应用。光谱的测量一般都依赖各种光谱仪进行，光谱仪种类繁多，工作原理和性能各有不同。针对不同的应用背景，人类已经发展了各种类型的光谱仪。
二十年来，随着阵列式光电探测器的发展，基于电荷耦合器件（CCD器件）或焦平面阵列器件的阵列式探测器光谱仪已经发展到很高的水平，一般都具有实时的光谱测量能力，并具有相当好的光谱分辨率。但是，基于阵列式探测器的光谱仪的分辨率受限于探测器的像元数和光谱分光系统的结构，在很多应用领域尚不能满足实际需求。
光谱仪采用的阵列式探测器可以是线阵的，也可以是面阵的。对于采用线阵探测器的光谱仪，一般仅需要在一维方向上作光谱展开，因此光谱分光结构相对简单；但是，由于线阵探测器的像元数较少,一般不超过数千个象元，如果要均匀覆盖一个待测的光谱带，所能获得的光谱分辨率就不可能太高。对于采用面阵探测器的光谱仪，探测器本身拥有的像元数较多（一般可达数十万个象元以上），如果光谱分光系统能够将光谱在二维方向展开，则有望获得远比应用线阵探测器的光谱仪更高的光谱分辨率。
当前，采用线阵探测器的光谱仪的分辨率一般可以优于1nm，性能出色的高分辨率线阵光谱仪甚至可以达到0.02nm的分辨率，在这一稿分辨率下，对应的光谱覆盖范围可以达到20—50nm。但是，受限于探测器的结构，其光谱分辨率很难再有更进一步的提高潜力。与此相比，采用两维光谱分光系统和面阵探测器的高分辨率光谱仪在覆盖数十nm带宽的同时，目前有望达到0.001nm的超高分辨率。
为了满足许多应用领域对更高光谱分辨测量的需求，具有优于100MHz以上光谱分辨率、并能同时满足数十nm带宽测量范围的新型光谱测量技术和相关光谱仪具有非常重要的价值，这是因为在大气压下，许多气体本征吸收峰的压力增宽谱线的带宽都在数百MHz数量级。在近红外波段，0.001nm的光谱波长分辨率对应于~GHz水平的光谱频率分辨率。显然，纯粹利用面阵探测器的光谱仪还很难达到100MHz的分辨率水平。
可调谐的法布里-珀罗滤波器（珐波利-珀罗滤波器）是一种获得高分辨率光谱分光的有效技术手段。通过改变可调谐珐波利-珀罗滤波器腔的间距可以调节输出的光谱波长（或频率）。可调谐珐波利-珀罗滤波器的光谱分辨率由它的自由光谱范围和它的精细度决定，其透射的光谱带宽等于自由光谱范围和它的精细度的商。一般珐波利-珀罗滤波器的精细度可以达到100以上，高质量的珐波利-珀罗滤波器的光谱精细度甚至可以达到1000以上。因此，当珐波利-珀罗滤波器的自由光谱范围较小而精细度较高时，可调谐珐波利-珀罗滤波器的光谱分辨率可以做的很好。但此时，可调谐珐波利-珀罗滤波器中一个自由光谱范围覆盖的光谱波段一般就很窄。例如，为获得优于100MHz的光谱分辨率，一个可调谐珐波利-珀罗滤波器的自由光谱范围可以是10GHz，此时，只要可调谐珐波利-珀罗滤波器的精细度优于100，就可以获得优于100MHz的光谱分辨率。在波长为800nm的近红外波段，10GHz的光谱范围仅相当于0.02nm的波长范围，因此在一个数十nm的待测光谱波段内，珐波利-珀罗滤波器输出的光谱模式将非常多，这使得珐波利-珀罗滤波器一般只能应用于激光模式测量。
 发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪。
基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪由一个可调谐的珐波利-珀罗滤波器和一个阵列式探测器光谱仪组成，待测的宽带光谱信号入射到可调谐珐波利-珀罗滤波器，转换成一个梳状的光谱出射，由后端的阵列式探测器光谱仪进行测量。
所述的可调谐珐波利-珀罗滤波器的自由光谱范围大于或等于后端阵列式探测器光谱仪的光谱分辨率。所述的阵列式探测器光谱仪的探测器是线阵探测器或面阵探测器。所述的可调谐珐波利-珀罗滤波器是平行平面腔构成的可调谐珐波利-珀罗滤波器，或者是共心球面腔构成的可调谐珐波利-珀罗滤波器。
本发明的主要技术优点是既利用了阵列式探测器光谱仪光谱覆盖范围大、测量速度快的特点，又利用了可调谐珐波利-珀罗滤波器光谱分辨率高的特点，同时解决了阵列式探测器光谱仪分辨率不足的主要问题。通过将自由光谱范围与阵列式探测器光谱仪的分辨率相匹配的可调谐珐波利-珀罗滤波器与阵列式探测器光谱仪相结合，获得一种速度快、测量时间很短、覆盖较宽光谱范围（在800nm附近的近红外波段，可达数十nm带宽）、并具有极高光谱分辨率（分辨率优于100MHz）的新型光谱仪器，适用于气体本征吸收光谱的快速测量。利用本发明的相关技术可以在近红外和中波红外波段研制得到分辨率优于100MHz的高性能宽带测量光谱仪。
附图说明
图1是基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪的结构示意图；
图2是基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和线阵探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪在各个不同扫描电压时刻梳状光谱落在线阵探测器上的示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪由一个可调谐的珐波利-珀罗滤波器1和一个阵列式探测器光谱仪2组成，待测的宽带光谱信号入射到可调谐珐波利-珀罗滤波器1，经由珐波利-珀罗滤波器选频，输出一组满足珐波利-珀罗滤波器谐振条件的梳状光谱成分；由珐波利-珀罗滤波器输出的梳状光谱继续入射到后端的阵列式探测器光谱仪2，并由阵列式探测器实时给出该梳状光谱的准确数值。通过改变加在珐波利-珀罗滤波器上的扫描电压，可以连续地扫描从珐波利-珀罗滤波器输出的梳状光谱。当扫描的电压对应于移动一个自由光谱范围的电压，并在扫描的每个时刻利用后端的阵列式探测器记录该时刻的梳状光谱，就可以综合各组梳状光谱获得一个完整的高分辨率光谱图像。
所述的可调谐珐波利-珀罗滤波器1的自由光谱范围大于或等于后端阵列式探测器光谱仪2的光谱分辨率。
所述的阵列式探测器光谱仪2的探测器是线阵探测器或面阵探测器。
所述的可调谐珐波利-珀罗滤波器1是平行平面腔构成的可调谐珐波利-珀罗滤波器，或者是共心球面腔构成的可调谐珐波利-珀罗滤波器。
如图2所示，由可调谐珐波利-珀罗滤波器输出的梳状光谱在各个不同扫描电压时候，落在线阵探测器光谱仪的线阵探测器的不同象元上。图中示意性地给出了第一条谱线和第六条谱线在经过半个自由光谱范围对应电压和一个自由光谱对应电压后的谱线移动情况。通过调节加在可调谐珐波利-珀罗滤波器上的电压，可以改变可调谐珐波利-珀罗滤波器的一组输出谱线的位置。随着电压的不断变化，该组光谱表现出光谱扫描的特征。当扫描电压达到一个自由光谱范围相对应的值时，该组光谱中的每一条谱线就对应地扫过了一个自由光谱范围的光谱。通过利用阵列式探测器光谱仪记录可调谐珐波利-珀罗滤波器在各个电压下的输出光谱组，就可以完整地测量整个光谱范围内的高分辨率光谱。实际工作时，经过一个自由光谱范围对应电压的扫描，扫描后的输出谱线实际上基本接近初始时刻的梳状光谱情况。

Claims (1)

1.一种基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪，其特征在于它由一个可调谐的珐波利-珀罗滤波器（1）和一个阵列式探测器光谱仪(2)组成，待测的宽带光谱信号入射到可调谐珐波利-珀罗滤波器(1)，转换成一个梳状的光谱出射，由后端的阵列式探测器光谱仪（2）进行测量；所述的可调谐珐波利-珀罗滤波器（1）的自由光谱范围大于或等于后端阵列式探测器光谱仪(2)的光谱分辨率；所述的阵列式探测器光谱仪(2)的探测器是线阵探测器或面阵探测器；所述的可调谐珐波利-珀罗滤波器（1）是平行平面腔构成的可调谐珐波利-珀罗滤波器，或者是共心球面腔构成的可调谐珐波利-珀罗滤波器。
CN201310059874.XA 2013-02-26 2013-02-26 基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪 Expired - Fee Related CN103162828B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310059874.XA CN103162828B (zh) 2013-02-26 2013-02-26 基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310059874.XA CN103162828B (zh) 2013-02-26 2013-02-26 基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103162828A CN103162828A (zh) 2013-06-19
CN103162828B true CN103162828B (zh) 2015-10-21

Family

ID=48586102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310059874.XA Expired - Fee Related CN103162828B (zh) 2013-02-26 2013-02-26 基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103162828B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103308168B (zh) * 2013-06-28 2015-07-08 中国科学院光电技术研究所 一种基于法布里-珀罗腔扫描滤波的光谱分辨率增强方法
EP2857811B1 (de) * 2013-10-02 2015-09-23 Sick Ag Spektrometer zur Gasanalyse
DE102014014980A1 (de) * 2014-10-07 2016-04-07 Technische Universität Dresden Richtungsselektiver interferometrischer optischer Filter
CN106768325A (zh) * 2016-11-21 2017-05-31 清华大学 多光谱光场视频采集装置
CN107121191B (zh) * 2016-12-23 2020-05-26 中国电子科技集团公司信息科学研究院 一种自适应调谐红外多光谱探测微系统
US10145740B2 (en) * 2017-02-27 2018-12-04 Visera Technologies Company Limited Sensing multiple peak wavelengths using combination of dual-band filters
CN110044484B (zh) * 2019-05-06 2021-05-25 长春理工大学 一种级联双环增强的傅里叶变换光谱仪

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1058094A (zh) * 1991-07-23 1992-01-22 浙江大学 快速面光谱探测装置
JP2004532402A (ja) * 2001-03-16 2004-10-21 オプティカル・コーティング・ラボラトリー・インコーポレイテッド 可変フィルタを基にした光学的スペクトロメータ
CN1846114A (zh) * 2003-07-18 2006-10-11 凯米映像公司 多波长成像光谱仪的方法和装置
CN101476936A (zh) * 2009-01-19 2009-07-08 杭州电子科技大学 一种基于法-珀腔阵列式微型光谱仪
CN101526397A (zh) * 2009-03-27 2009-09-09 福州高意光学有限公司 一种光谱仪
CN201331382Y (zh) * 2009-01-19 2009-10-21 杭州电子科技大学 一种阵列式微型光谱仪
CN101604055A (zh) * 2008-12-12 2009-12-16 北京理工大学 一种并联双腔可调谐光纤法布里-珀罗滤波器
CN101855527A (zh) * 2007-09-14 2010-10-06 卡斯卡德技术有限公司 偏振超光谱成像仪
CN102062956A (zh) * 2009-11-11 2011-05-18 中国科学院半导体研究所 窄带宽的可调谐光滤波器
CN102419312A (zh) * 2011-12-22 2012-04-18 浙江大学 基于无源谐振腔和光栅解复用器级联光波导传感器
CN102519499A (zh) * 2011-12-14 2012-06-27 华中科技大学 基于微结构光纤法布里-珀罗谐振腔准的准分布式传感器
CN102607702A (zh) * 2012-03-21 2012-07-25 昆山煜肸传感器科技有限公司 宽带参考光源光频域游标法光谱仪

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7852475B2 (en) * 2007-08-13 2010-12-14 Jds Uniphase Corporation Scanning spectrometer with multiple photodetectors
EP2260276B1 (en) * 2008-03-20 2018-05-16 Philips Lighting Holding B.V. Photo-detector and method of measuring light

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1058094A (zh) * 1991-07-23 1992-01-22 浙江大学 快速面光谱探测装置
JP2004532402A (ja) * 2001-03-16 2004-10-21 オプティカル・コーティング・ラボラトリー・インコーポレイテッド 可変フィルタを基にした光学的スペクトロメータ
CN1846114A (zh) * 2003-07-18 2006-10-11 凯米映像公司 多波长成像光谱仪的方法和装置
CN101855527A (zh) * 2007-09-14 2010-10-06 卡斯卡德技术有限公司 偏振超光谱成像仪
CN101604055A (zh) * 2008-12-12 2009-12-16 北京理工大学 一种并联双腔可调谐光纤法布里-珀罗滤波器
CN101476936A (zh) * 2009-01-19 2009-07-08 杭州电子科技大学 一种基于法-珀腔阵列式微型光谱仪
CN201331382Y (zh) * 2009-01-19 2009-10-21 杭州电子科技大学 一种阵列式微型光谱仪
CN101526397A (zh) * 2009-03-27 2009-09-09 福州高意光学有限公司 一种光谱仪
CN102062956A (zh) * 2009-11-11 2011-05-18 中国科学院半导体研究所 窄带宽的可调谐光滤波器
CN102519499A (zh) * 2011-12-14 2012-06-27 华中科技大学 基于微结构光纤法布里-珀罗谐振腔准的准分布式传感器
CN102419312A (zh) * 2011-12-22 2012-04-18 浙江大学 基于无源谐振腔和光栅解复用器级联光波导传感器
CN102607702A (zh) * 2012-03-21 2012-07-25 昆山煜肸传感器科技有限公司 宽带参考光源光频域游标法光谱仪

Also Published As

Publication number Publication date
CN103162828A (zh) 2013-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103162828B (zh) 基于可调谐珐波利-珀罗滤波器和阵列式探测器光谱仪的超高分辨率光谱仪
US9030662B2 (en) Method and apparatus for processing optical signal of spectrometer using sparse nature of signals
CN107219002B (zh) 一种超高分辨率光谱测量方法及系统
Mididoddi et al. High-throughput photonic time-stretch optical coherence tomography with data compression
CN104121990A (zh) 基于随机光栅的压缩感知宽波段高光谱成像系统
CN104266755B (zh) 一种提高光通量的光谱测量方法及系统
CN104501955A (zh) 一种可实现光谱超分辨率还原的光栅光谱仪
WO2021083163A1 (zh) 一种用于火焰拍摄的高速高精度光谱视频系统及方法
Li et al. A liquid crystal tunable filter-based hyperspectral LiDAR system and its application on vegetation red edge detection
CN110044481A (zh) 一种压缩高光谱显微成像的系统及方法
CN203323874U (zh) 一种阿达玛变换光谱仪
CN112525828A (zh) 一种基于光学时间拉伸的穆勒矩阵测量系统及方法
CN105953919B (zh) 一种全光纤傅里叶光谱分析仪
CN107655832A (zh) 基于啁啾上转换的飞秒二维红外光谱采集方法及系统
CN106595859B (zh) 鬼成像方法和应用其的鬼成像装置
CN111679547A (zh) 一种非等间隔空间采样的光学时域延展成像系统
CN204115867U (zh) 一种提高光通量的光谱测量装置
CN104568151A (zh) 一种基于对称楔形干涉腔的高光谱全偏振成像装置及方法
KR101526870B1 (ko) 랜덤필터모듈, 랜덤필터모듈의 투과율 검출방법, 및 랜덤필터모듈를 이용하는 분광기
CN111829954B (zh) 一种提高全场扫频光学相干层析测量量程的系统及方法
Zhang et al. Compressive optical spectrometry based on sequency-ordered Hadamard transform
Skauli et al. Simplified measurement of point spread functions of hyperspectral cameras for assessment of spatial coregistration
CN103604499B (zh) 基于反向双光路的光谱重建方法
Lan et al. High-resolution and wide-range compressed sensing spectrometer based on two-position rotating grating
Zhou et al. Multispectral single pixel imaging based on spatial and spectral dimension decoupling

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20151021

Termination date: 20200226

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee