CN107084792A - 液晶调制光学相控阵列式光谱仪、探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪和探测方法，液晶调制光学相控阵列式光谱仪包括分光系统、光探测器和数据处理系统，所述分光系统具有液晶调制光学相控阵列单元，用于将待测点发出的光束按不同波长成分分解；光探测器，探测被分解的光束，将光信号转化为电信号；数据处理系统与所述光探测器相连，用于得到待测点的光谱曲线。本发明的无需运动部件推扫即可获取物点的高分辨率的光谱信息，与现有技术相比，可以消除运动引起的振动等对复原光谱精度的影响。
Description
技术领域
本发明属于光谱仪领域，具体是一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪、探测方法。
背景技术
光谱仪用于获取探测物点的光谱信息，利用光谱“指纹”效应，能够进行物质识别、检测和分析，被广泛应用于化工分析、农产品检测、污染物分析、有害气体检测等众多领域，成为众多实验室的标配仪器。
根据分光方式的不同，目前市售光谱仪主要包括色散分光型和干涉型（傅里叶型），其中干涉型在中、远红外光谱波段具有较高的信噪比，一般用于长波长光谱探测，该类仪器一般价格较高，应用领域相对固定。而在紫外、可见光、近红外波段，则以光栅色散分光型为主。光栅光谱仪根据分辨率、信噪比等指标要求，分为固定式和光栅扫描型，其中固定式光栅光谱仪采用线阵CCD探测器，光谱分辨率和仪器信噪比较差；扫描型光栅光谱仪采用点探测器，通过旋转光栅的方法获取光谱信息，具有高光谱分辨率、高信噪比的优点。但是由于需要精密运动部件控制光栅，扫描型光栅光谱仪需要精密电机、编码器、运动反馈系统等元器件，导致扫描型光栅光谱仪技术难度大、价格高；此外由于运动部件不固定，导致仪器抗震动能力差。
发明内容
针对现有技术光栅光谱仪中存在的不足，本发明提供了一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪及探测方法，无需运动部件即可获取物点高分辨率光谱信息。
本发明采用下面的技术方案：
一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪，包括分光系统、光探测器和数据处理系统，所述分光系统具有液晶调制光学相控阵列单元，用于将待测点发出的光束按不同波长成分分解；光探测器，探测被分解的光束，将光信号转化为电信号；数据处理系统与所述光探测器相连，用于得到待测点的光谱曲线。
进一步的，所述分光系统包括沿光路方向依次设置的前置光学系统、入射狭缝、准直物镜、液晶调制光学相控阵列单元、聚光物镜、出射狭缝和中继镜。
进一步的，所述液晶调制光学相控阵列单元由液晶调制器件和控制电路组成，通过控制电路改变液晶调制器件中液晶单元的偏转方向，从而改变出射不同波长光束的出射角，使不同波长的出射光束依次汇聚于出射狭缝。
进一步的，所述入射狭缝位于所述准直物镜的前焦面位置，出射狭缝位于所述聚光物镜的后焦面位置；所述出射狭缝和光探测器的靶面关于中继镜成物像对应关系。
进一步的，所述准直物镜采用折射型镜头或反射型镜头。
进一步的，所述前置光学系统采用光纤或聚光物镜。
进一步的，所述光探测器采用点探测器。
本发明还提供了另一技术方案：
一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪的光谱探测方法，采用液晶调制光学相控阵列对待测点发出的光束按不同波长成分进行分光，并实时调节不同波长光束的出射角，使不同波长的出射光束会聚于一点，探测该点的光信号，得到待测点的光谱曲线。
进一步的，可以对所述待测点发出的光束依次进行空间滤波、准直，生成平行光，然后再采用液晶调制光学相控阵列对待测点发出的光束按不同波长成分进行分光。
进一步的，可以对所述会聚于一点的出射光束进行中继传输，用于远距离探测。
本发明的工作流程：
探测点发出的光束首先经过前置光学系统汇聚在入射狭缝处，经过入射狭缝的空间滤光后经过准直物镜，形成平行光束；
平行光束进入液晶调制光学相控阵列单元，过液晶调制光学相控阵列的光束空间调制作用后，不同波长的光束以不同入射角进入聚光物镜；
液晶调制光学相控阵列单元的控制电路通过控制液晶调制器件中液晶单元的分布情况，改变出射不同波长光束的出射角，从而使得不同波长的出射光束能够依次汇聚于出射狭缝；
经过出射狭缝的光谱滤光作用后，透光狭缝的光束经过中继镜转折作用，汇聚在点探测器靶面，点探测器将光信号转化为电信号，输入数据处理系统，最终得到探测物点在特定的光谱范围内完整的光谱曲线。
本发明的有益效果：
本发明的一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪及探测方法，无需运动部件推扫即可获取物点的高分辨率的光谱信息。与现有技术相比，由于无机械运动部件，可以消除运动引起的振动等对复原光谱精度的影响。
本发明系统结构牢固、紧凑，抗震动能力强；采用点探测器，能够获取较高的分辨率的光谱信息和较高的信噪比。
附图说明
附图1为本发明的整体结构示意图
其中：1-前置光学系统；2-入射狭缝；3-准直物镜；4-液晶调制光学相控阵列单元：41-液晶调制器件，42-控制电路；5-聚光物镜；6-出射狭缝；7-中继镜；8-点探测器；9-数据处理系统。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明的一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪包括分光系统、光探测器和数据处理系统，所述分光系统具有液晶调制光学相控阵列单元，用于将待测点发出的光束按不同波长成分分解；光探测器，探测被分解的光束，将光信号转化为电信号；数据处理系统与所述光探测器相连，用于得到待测点的光谱曲线。
如图1所示，分光系统包括沿光路方向依次设置的前置光学系统1、入射狭缝2、准直物镜3、液晶调制光学相控阵列单元4、聚光物镜5、出射狭缝6和中继镜7。
液晶调制光学相控阵列单元4由液晶调制器件41和控制电路42组成，通过控制电路改变液晶调制器件中液晶单元的偏转方向，从而改变出射不同波长光束的出射角，使不同波长的出射光束依次汇聚于出射狭缝。
前置光学系统1可以是光纤或者聚光物镜。所述入射狭缝2位于准直物镜3的前焦面位置，出射狭缝6位于聚光物镜5的后焦面位置。所述出射狭缝6和点探测器8的靶面关于中继镜7成物像对应关系。所述准直物镜6采用折射型镜头或反射型镜头。
探测点发出的光束首先经过前置光学系统1汇聚在入射狭缝处2；经过入射狭缝2的空间滤光后经过准直物镜3，形成平行光束，随后进入液晶调制光学相控阵列单元4；经过液晶调制光学相控阵列单元4的光束空间调制作用后，不同波长的光束以不同入射角进入聚光物镜5；经过聚光物镜5的汇聚作用后，光束聚焦在出射狭缝6位置；经过出射狭缝6的光谱滤光作用后，经过中继镜7转折作用，汇聚在点探测器8的靶面；点探测器8将光信号转化为电信号进入数据处理系统9，获取物点，也就是待测点某一波长的光强信息。
本实施例无需运动部件推扫即可获取物点的高分辨率的光谱信息。与现有技术相比，由于无机械运动部件，可以消除运动引起的振动等对复原光谱精度的影响。
另一方面，本实施例系统结构牢固、紧凑，抗震动能力强；采用点探测器，能够获取较高的分辨率的光谱信息和较高的信噪比。
本发明的再一实施例是一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪的光谱探测方法，采用液晶调制光学相控阵列对待测点发出的光束按不同波长成分进行分光，并实时调节不同波长光束的出射角，使不同波长的出射光束会聚于一点，探测该点的光信号，得到待测点的光谱曲线。
进一步的，可以对所述待测点发出的光束依次进行空间滤波、准直，生成平行光，然后再采用液晶调制光学相控阵列对待测点发出的光束按不同波长成分进行分光。
另外还可以对所述会聚于一点的出射光束进行中继传输，用于远距离探测。
与第一实施例相结合，具体的方法为：
步骤一：探测点发出的光束首先经过前置光学系统汇聚在入射狭缝处，经过入射狭缝的空间滤光后经过准直物镜，形成平行光束；
步骤二：平行光束进入液晶调制光学相控阵列单元，过液晶调制光学相控阵列的光束空间调制作用后，不同波长的光束以不同入射角进入聚光物镜；
步骤三：液晶调制光学相控阵列单元的控制电路通过控制液晶调制器件中液晶单元的分布情况，改变出射不同波长光束的出射角，从而使得不同波长的出射光束能够依次汇聚于出射狭缝；
步骤四：经过出射狭缝的光谱滤光作用后，透光狭缝的光束经过中继镜转折作用，汇聚在点探测器靶面，点探测器将光信号转化为电信号，输入数据处理系统，最终得到探测物点在特定的光谱范围内完整的光谱曲线。
本实施例与现有技术相比，由于无机械运动部件，可以消除运动引起的振动等对复原光谱精度的影响。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪，其特征在于：包括分光系统、光探测器和数据处理系统，所述分光系统具有液晶调制光学相控阵列单元，用于将待测点发出的光束按不同波长成分分解；光探测器，探测被分解的光束，将光信号转化为电信号；数据处理系统与所述光探测器相连，用于得到待测点的光谱曲线。
2.根据权利要求1所述的液晶调制光学相控阵列式光谱仪，其特征在于：所述分光系统包括沿光路方向依次设置的前置光学系统、入射狭缝、准直物镜、液晶调制光学相控阵列单元、聚光物镜、出射狭缝和中继镜。
3.根据权利要求2所述的液晶调制光学相控阵列式光谱仪，其特征在于：所述液晶调制光学相控阵列单元由液晶调制器件和控制电路组成，通过控制电路改变液晶调制器件中液晶单元的偏转方向，从而改变出射不同波长光束的出射角，使不同波长的出射光束依次汇聚于出射狭缝。
4.根据权利要求2所述的液晶调制光学相控阵列式光谱仪，其特征在于：所述入射狭缝位于所述准直物镜的前焦面位置，出射狭缝位于所述聚光物镜的后焦面位置；所述出射狭缝和光探测器的靶面关于中继镜成物像对应关系。
5.根据权利要求1所述的液晶调制光学相控阵列式光谱仪，其特征在于：所述准直物镜采用折射型镜头或反射型镜头。
6.根据权利要求1所述的液晶调制光学相控阵列式光谱仪，其特征在于：所述前置光学系统采用光纤或聚光物镜。
7.根据权利要求1所述的液晶调制光学相控阵列式光谱仪，其特征在于：所述光探测器采用点探测器。
8.一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪的光谱探测方法，其特征在于：采用液晶调制光学相控阵列对待测点发出的光束按不同波长成分进行分光，并实时调节不同波长光束的出射角，使不同波长的出射光束会聚于一点，探测该点的光信号，得到待测点的光谱曲线。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：对所述待测点发出的光束依次进行空间滤波、准直，生成平行光。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：对所述会聚于一点的出射光束进行中继传输，用于远距离探测。
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