CN103822709B - 一种辐射能量和波长可调的光纤辐射源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种辐射能量和波长可调的光纤辐射源，包括发光源、单色仪、输入准直器、衰减片、输出准直器、步进电机、步进电机螺杆和光纤，所述发光源对准单色仪的入射狭缝，将输入准直器设置在单色仪的出射狭缝处，衰减片位于输入准直器和输出准直器之间，步进电机通过步进电机螺杆与衰减片连接，控制衰减片的运动，将光纤的输入端口与输出准直器的出射端口连接。采用上述方案，通过调节单色仪和衰减片的衰减比，即可实现波长和辐射能量均可调的辐射源，通过光纤输出光束，可方便的改变光束的传播方向，能够满足光谱仪、光电探测器等定标时对辐射源的辐射能量和波长可调、光束方向灵活改变的需求。
Description
技术领域
本发明属于辐射源技术领域，尤其涉及的是一种辐射能量和波长可调的光纤辐射源。
背景技术
在光谱仪、光电探测器、卫星遥感光学传感器、相机等仪器的研制中，为了保证光谱信息、探测数据的准确性，需要对光谱仪、光电探测器等进行精确的辐射定标，以确保仪器的精度。在对光谱仪、光电探测器等仪器进行定标时，通常采用辐射源直接照射仪器，实现光谱响应度的定标。
在实际应用中，光谱仪、光电探测器等仪器具有一定的工作波长范围，而且光谱响应度与波长相关，因此需要采用单一波长的光照射光谱仪、光电探测器等仪器，为了实现工作波长范围内的定标，需要不断调节辐射源的波长。由于仪器误差、大气环境的影响，用单一波长光束在同一辐射能量测试光谱响应度，存在较大的测试误差，为了准确测量单一波长对应的光谱响应度，需要调节同一波长的辐射能量，实现在不同辐射能量的照射下，测试多组光谱响应度，取平均值做为该波长的光谱响应度，可减少测试误差，提高测试精度。
在现有技术中，论文“大气遥感远紫外光谱仪绝对光谱辐照度响应度定标方法研究”（光谱学与光谱分析，第33卷第1期，第246～249页，2013年1月）公开了一种用于光谱响应度定标的紫外辐射源，该辐射源主要由发光源、单色仪和准直系统组成，可实现115nm～380nm的单色光输出。在该文献中，发光源出射的光谱为连续谱，用单色仪对连续谱进行分色使各谱线分立，通过旋转单色仪中的光栅完成波长切换，通过单色仪中出射狭缝发射出单色光，最后利用准直系统将发散光转化为平行光。在利用该辐射源对光谱仪、光电探测器等仪器进行定标时，需要将定标仪器对准该辐射源的出射口径，当定标仪器的位置或接收光束方向变动时，需要通过移动整个辐射源来实现光束出射口径对准定标仪器接收面，操作繁琐，难以精确对准。另外，在该辐射源中，并没有对单一波长的辐射能量进行调节，无法实现不同辐射能量照射下，定标仪器光谱响应度的测试，影响了测试准确度，增大了测试误差。
现有技术的缺点：1.现有可调单色辐射源无法实现单一波长辐射能量的大动态范围调节，从而影响光谱响应度的定标精度；2.当光谱仪、光电探测器等仪器的位置或光束接收面改变方向时，需要通过移动整个辐射源来实现光束传播方向的改变，使用不便，对准困难。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种辐射能量和波长可调的光纤辐射源。
本发明的技术方案如下：
一种辐射能量和波长可调的光纤辐射源，包括发光源、单色仪，所述单色仪主要由入射狭缝、出射狭缝、可旋转的光栅组成，所述发光源对准单色仪的入射狭缝，其中，还包括输入准直器、衰减片、输出准直器、步进电机、步进电机螺杆和光纤，将输入准直器设置在单色仪的出射狭缝处，所述衰减片位于输入准直器和输出准直器之间，所述步进电机通过步进电机螺杆与衰减片连接，控制衰减片的运动，将光纤的输入端口与输出准直器的出射端口连接。
所述的光纤辐射源，其中，发光源发射的光通过单色仪的入射狭缝进入单色仪，所述单色仪对光束进行分光使各波长光分开，将所需波长的光束通过单色仪的出射狭缝进入输入准直器，所述输入准直器对单色仪输出的光束准直之后，通过衰减片实现光束能量的衰减，经过衰减的光束通过输出准直器耦合进入光纤，通过光纤输出所需波长辐射能量的光束。
所述的光纤辐射源，其中，所述发光源发射的光为连续光；所述发光源为紫外波段或可见波段或红外波段的发光源。
所述的光纤辐射源，其中，通过旋转单色仪中的光栅调节进入单色仪出射狭缝光束的波长，通过改变衰减片的衰减量以实现光束辐射能量的调节，通过改变光纤出射端口方向，以调节光束传播方向。
所述的光纤辐射源，其中，所述单色仪、输入准直器、衰减片、输出准直器、光纤与所述发光源发射的光波长范围相匹配。
所述的光纤辐射源，其中，所述发光源发射的光波长范围是1300nm～1560nm，则所述单色仪、输入准直器、衰减片、输出准直器、光纤的工作波长涵盖1300nm～1560nm的范围。
所述的光纤辐射源，其中，所述衰减片以楔形的玻璃基片为载体，对光的衰减量沿长度方向呈线性变化。
所述的光纤辐射源，其中，所述步进电机通过步进电机螺杆控制衰减片的位置，以实现光能量的连续可调衰减。
所述的光纤辐射源，其中，将衰减后的光束经过输出准直器耦合进入光纤，通过光纤输出所需波长和光能量的光束。
采用上述方案，不仅实现了辐射源的波长可调，而且也实现了辐射源的辐射能量可调，可以对光谱仪、光电探测器等仪器在同一波长、不同辐射能量的照射下，测试多组光谱响应度，取平均值作为该波长的光谱响应度，实现了光谱响应度更精确的定标。另外，本发明通过光纤输出光束，只需改变光纤输出端口方向即可实现输出光束传播方向的改变，无需移动整个辐射源，灵活方便。
附图说明
图1为本发明辐射能量和波长可调的光纤辐射源的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明提出一种辐射能量和波长可调的光纤辐射源，主要由发光源1、单色仪2、输入准直器3、衰减片4、输出准直器5、步进电机6、步进电机螺杆7和光纤8组成。单色仪2主要由入射狭缝、出射狭缝和可旋转的光栅组成，发光源1对准单色仪2的入射狭缝，输入准直器3安装在单色仪2的出射狭缝处，衰减片4位于输入准直器3和输出准直器5之间，步进电机6通过步进电机螺杆7与衰减片4连接，光纤8的输入端口与输出准直器5的出射端口连接。
发光源1发射的光为连续光，通过单色仪2的入射狭缝进入单色仪2，单色仪2对连续光进行分光使各波长光分立，单一波长的光束通过单色仪2的出射狭缝进入输入准直器3，输入准直器3对单一波长的光束准直之后，通过衰减片4实现光束能量的衰减，经过衰减的光束通过输出准直器5耦合射入光纤8，在光纤8的端口输出所需单一波长辐射能量的光束。通过旋转单色仪2中的光栅即可完成波长切换，通过改变衰减片4的衰减比即可实现辐射能量的调节，通过改变光纤8出射端口方向，即可实现光束传播方向的调节，从而实现了光谱仪、光电探测器等仪器对定标辐射源的辐射能量和波长均可调，光束传播方向可灵活改变的需求。
在本发明中，发光源1可为紫外波段、可见波段、红外波段的发光源，单色仪2、输入准直器3、衰减片4、输出准直器5和光纤8与发光源1的工作波长匹配。例如，若发光源1的工作波长是1300nm～1560nm，则单色仪2、输入准直器3、衰减片4、输出准直器5和光纤8的工作波长至少要涵盖1300nm～1560nm，才能实现对发光源发出的谱线进行分色、准直、衰减及传输。衰减片4是以楔形的K9玻璃基片为载体，在其长度方向采用真空沉积法镀上中性密度的Ni和Cr合金（具有优良的均匀性和平坦的光谱透射特性），通过控制合金沿长度方向的厚度，可以使其对光的衰减量沿长度方向呈线性变化。当光通过衰减片4时，光的能量部分被合金反射和吸收，从而使光能量的强度减弱了。通过步进电机6和步进电机螺杆7控制衰减片4的位置，即可实现光能量的连续可调衰减。
单色仪2出射的单色光通过输入准直器3后进入衰减片4进行衰减，步进电机6通过步进电机螺杆7控制衰减片4的位置，实现光能量的连续可调衰减，衰减后的光束经过输出准直器5耦合进入光纤8，通过光纤8输出所需波长和辐射能量的辐射源。
本发明不仅实现了辐射源的波长可调，而且也实现了辐射源的辐射能量可调，可以对光谱仪、光电探测器等仪器在同一波长、不同辐射能量的照射下，测试多组光谱响应度，取平均值作为该波长的光谱响应度，实现了光谱响应度更精确的定标。另外，本发明通过光纤输出光束，只需改变光纤输出端口方向即可实现输出光束传播方向的改变，无需移动整个辐射源，灵活方便。
在本发明中，通过改变发光源，并采用相应工作波段的单色仪、准直器、衰减片和光纤，即可实现紫外波段、可见波段、红外波段的辐射源，能够满足各种波长和辐射能量的辐射源需求。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种辐射能量和波长可调的光纤辐射源，包括发光源、单色仪，所述单色仪主要由入射狭缝、出射狭缝、可旋转的光栅组成，所述发光源对准单色仪的入射狭缝，其特征在于，还包括输入准直器、衰减片、输出准直器、步进电机、步进电机螺杆和光纤，将输入准直器设置在单色仪的出射狭缝处，所述衰减片位于输入准直器和输出准直器之间，所述步进电机通过步进电机螺杆与衰减片连接，控制衰减片的运动，将光纤的输入端口与输出准直器的出射端口连接，发光源发射的光通过单色仪的入射狭缝进入单色仪，所述单色仪对光束进行分光使各波长光分开，将所需波长的光束通过单色仪的出射狭缝进入输入准直器，所述输入准直器对单色仪输出的光束准直之后，通过衰减片实现光束能量的衰减，经过衰减的光束通过输出准直器耦合进入光纤，通过光纤输出所需波长辐射能量的光束，所述发光源发射的光为连续光；所述发光源为紫外波段或可见波段或红外波段的发光源，通过旋转单色仪中的光栅调节进入单色仪出射狭缝光束的波长，通过改变衰减片的衰减量以实现光束辐射能量的调节，通过改变光纤出射端口方向，以调节光束传播方向，所述单色仪、输入准直器、衰减片、输出准直器、光纤与所述发光源发射的光波长范围相匹配，所述发光源发射的光波长范围是1300nm～1560nm，则所述单色仪、输入准直器、衰减片、输出准直器、光纤(8)的工作波长涵盖1300nm～1560nm的范围，所述衰减片以楔形的玻璃基片为载体，对光的衰减量沿长度方向呈线性变化，所述步进电机通过步进电机螺杆控制衰减片的位置，以实现光能量的连续可调衰减，将衰减后的光束经过输出准直器耦合进入光纤，通过光纤输出所需波长和光能量的光束。
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