CN107884069B - 一种宽带光谱光源 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于材料分析光源技术领域，提供了一种宽带光谱光源，既利用组合多光谱的概念获得一种宽带光谱光源。具体地说用短波通滤光片将氘灯第一方向上的光谱中含有尖峰谱线的可见光谱滤掉得到蓝光与紫外光谱；用带通滤光片在氘灯第二方向上将除400nm部分的蓝光与紫外光谱滤掉得到400nm蓝光部分光谱。同理，用可见衰减滤光片将钨灯第一方向上的光谱中可见光部分减弱,用长波通滤光片在钨灯的第二方向将蓝光与紫外光谱和可见光光谱滤掉得近红外光谱。将氘灯第一方向上、第二方向上，钨灯第一方向上、第二方向上得到光谱通过合光装置合并,即可得整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱光源。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于材料分析的光源，更具体的说是涉及一种用于材料光谱分析与测量的具有宽带光谱设计特点的光源。
背景技术
目前，市场上光谱分析常用的宽带光源是氘钨灯，即或利用反射结构或利用透射结构将氘灯和钨灯所发出的光组合到一起做光谱分析测量之用。钨灯和氘灯的光谱如图1所示(未做绝对光谱强度标定)，101是钨灯光谱，102是氘灯光谱，103是氘灯尖峰光谱656.1nm。图1中光谱是以CCD为探测器的光谱仪测量所得。其中钨灯光谱101中的可见光峰值在571nm至637nm之间。当用这类钨灯配合此类光谱仪进行光谱测量时，如需要增加整体光源强度(包括紫外光、可见光和近红外光)以增加近红外光时，当可见光部分强到一定程度时对此类光谱仪会产生饱和；此时光谱仪的探测器便不能正常工作。
为简明起见，仅以具有透射结构的氘钨灯作为一个例子说明，如图2所示。其设计是将卤钨灯201发出的光用透镜202聚焦并通过氘灯203灯泡中的小孔光栏后与氘灯发出的光合光得到宽带光谱204(如由荷兰Avantes公司生产的一种氘钨灯宽带光源-AvaLight-DH-S等)。由图1中光谱便知，此类氘钨灯存在两个固有的问题：一是氘灯光谱(紫外光到可见光)有部分尖峰光谱(如656.1nm等)而容易使光谱仪的探测器饱和；当饱和时光谱仪的探测器不能正常工作。虽然，有公司采用二色分光镜滤掉大部分656.1nm尖峰光谱以避免饱和问题(如由荷兰Avantes公司生产的一种氘钨灯宽带光源-AvaLight-DH-S-BAL等)，但相对而言会增加成本，因为二色分光镜要由镀膜工艺制作而成。二是因为CCD或CMOS光谱响应度在近红外光谱段很低，所以对于以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪，相应近红外光谱段的信噪比小而不利于光谱分析测量。虽然可以使用高功率钨灯以增加近红外光强度，但这会带来新的问题如加大功耗和产生更多热量等，而且在增加近红外光时，可见光部分也会增加，当可见光部分强到一定程度时对此类光谱仪会产生饱和；此时光谱仪的探测器便不能正常工作。
专利201520834344.2提供一种具有宽带光谱的光源，如图3所示，包括：第一光源301、短波通滤光片302、第一光纤输入接头303，第二光源304、可见衰减滤光片305、第二光纤输入接头306，第三光源307、长波通滤光片308，第三光纤输入接头309，第一光纤输出接头310，第四光纤输入接头311以及第二光纤输出接头312，其中三个光纤输入接头以及两个光纤输出接头构成合光装置，其中第一光源为紫外光和蓝光光源，第二光源为包括紫外光、可见光与近红外光的光源。该专利所产生的具有平缓宽带而且近红外光几乎加倍的宽带光谱，如图4所示，包括紫外光、可见光和近红外光，该专利能解决宽带光谱中氘灯光谱有如656.1nm尖峰谱以及可见光相对紫外光、近红外光强度过大而容易使以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪的饱和问题，同时能够解决宽带光谱中近红外光信噪比低的问题。但该专利所产生的宽带光谱有氘灯光谱400nm相对弱的问题；此外，因为内装二个钨灯,所以有功耗大易产生多余的热量和体积大的不足。
综上可知，现有技术在实际使用上显然存在缺陷或不足，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种具有宽带光谱的光源，该光源具有整体平缓、宽带而且近红外光几乎加倍的宽带光谱，包括紫外光、可见光和近红外光。该光源能解决宽带光谱中氘灯光谱有如656.1nm尖峰谱以及可见光相对紫外光、近红外光强度过大而容易使以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪的饱和问题、能够解决宽带光谱中近红外光信噪比低的问题、同时也能够解决宽带光谱有氘灯光谱400nm相对弱的问题、此外还能够解决因为内装二个钨灯功耗大易产生多余的热量和体积大的不足。
为了实现上述目的，本发明提供一种宽带光谱光源，包括:第一光源、短波通滤光片、400nm带通滤光片、第二光源、可见衰减滤光片、长波通滤光片以及合光装置，所述合光装置为包括四个光纤输入接头以及一个光纤输出接头的四合一光纤，所述第一光源为紫外光和蓝光光源，所述第二光源为包括紫外光、可见光与近红外光的光源；
所述第一光源的第一方向产生的光经过所述短波通滤光片后得到蓝光与紫外光谱，所述蓝光与紫外光谱耦合进入所述合光装置的第一光纤输入接头；
所述第一光源的第二方向产生的光经过所述400nm带通滤光片后得到400nm蓝光部分光谱，所述400nm蓝光部分光谱通过第一可变光强器件或改变所述第一光源与所述合光装置的光纤输出接头之间的光传输器件的耦合距离以调节光强后输出，所述400nm蓝光部分光谱耦合进入所述合光装置的第二光纤输入接头；
所述第二光源的第一方向产生的光经过所述可见衰减滤光片后得到可见光部分被衰减的光，所述可见光部分被衰减的光耦合进入所述合光装置的第三光纤输入接头；
所述第二光源的第二方向产生的光经过所述长波通滤光片后得到近红外光谱，所述近红外光谱通过第二可变光强器件或改变所述第二光源与所述合光装置的光纤输出接头之间的光传输器件的耦合距离以调节光强后输出，所述近红外光谱耦合进入所述合光装置的第四光纤输入接头；
所述合光装置将由所述四个光纤输入接头进入的光进行合光后经所述光纤输出接头输出包括紫外光、可见光和近红外光的整体平缓的宽带光谱。
根据本发明的光源，所述合光装置包括分别具有两个输入接头以及一个输出接头的第一二合一Y型光纤、第二二合一Y型光纤以及第三二合一Y型光纤；
所述第一二合一Y型光纤的两个输入接头分别作为所述合光装置的第一光纤输入接头和第二光纤输入接头；
所述第二二合一Y型光纤的两个输入接头分别作为所述合光装置的第三光纤输入接头和第四光纤输入接头；
所述第三二合一Y型光纤的两个输入接头分别与所述第一二合一Y型光纤、第二二合一Y型光纤的输出接头连接，所述第三二合一Y型光纤的输出接头为所述合光装置的光纤输出接头。
根据本发明的光源，所述第一光源的第一可变光强的器件为电机驱动可变光栏、电机驱动轮式渐变中性滤光片或电机驱动楔型板对；
所述第二光源的第二可变光强的器件为电机驱动可变光栏、电机驱动轮式渐变中性滤光片或电机驱动楔型板对。
根据本发明的光源，所述第一光源的第二方向产生的光经改变所述第二光纤输入接头与所述第一光源的距离而调整其光强；所述第二光源的第二方向产生的光经改变所述第四光纤输入接头与所述第二光源的距离而调整其光强。
根据本发明的光源，所述第二光纤输入接头以及所述第四光纤输入接头的光纤中分别设置有光纤耦合结构；
第一光源的第二方向产生的光通过调节所述第二光纤输入接头的光纤中光纤耦合结构的距离而调整其强度，第二光源的第二方向产生的光通过调节所述第四光纤输入接头的光纤中光纤耦合结构的距离而调整其强度。
根据本发明的光源，所述第一光源的第二方向产生的光经变化所述第二光纤输入接头中的准直器透镜与光纤的距离而调整其强度；
所述第二光源的第二方向产生的光经变化第四光纤输入接头中的准直器透镜与光纤的距离而调整其强度。
根据本发明的光源，所述第二光纤输入接头中通过设置不同芯径的光纤以变化所述第一光源的第二方向产生的光的光强；所述第四光纤输入接头通过设置不同芯径的光纤以变化所述第二光源的第二方向产生的光的光强。
根据本发明的光源，采用近红外光多耦合、可见光及紫外光光少耦合的方法，即所述第二光源的第二方向所用的光纤采用较大芯径的光纤以平衡各部分的光强。
根据本发明的光源，所述合光装置为分叉或分劈式；且所述光与光纤接头的输入或输出耦合为直接耦合或用透镜耦合。
根据本发明的光源，所述第二光源的输出光强通过调节其驱动电流进行调节以改变第二光源电流而改变第二光源的第一方向上得到的紫外光光谱、可见光光谱与近红外光光谱以及第二光源的第二方向得到的近红外光谱的强度。
根据本发明的光源，所述四个光纤输入接头还设置有用于调节平衡光强的中性光衰减片。
根据本发明的光源，所述第一光源为氘灯、氢灯或氙灯，所述第二光源为钨灯或氙灯。
本发明要解决的技术问题之一是针对宽带光谱光源中氘灯光谱中400nm相对弱的问题，而提出的将所述第一光源的第二方向上除400nm部分的蓝光与紫外光谱滤掉得到400nm蓝光部分光谱；所述400nm蓝光部分光谱耦合进入所述合光装置的第二个光纤输入接头与第一光源的第一方向上产生的光叠加，以解决氘灯光谱400nm相对弱的问题。
本发明要解决的技术问题之二是专利201520834344.2内装二个钨灯功耗大易产生多余的热量和体积大的不足，而提出的将所述第二光源的第一方向上产生的光经过所述可见衰减滤光片后得到可见光部分被衰减的光与所述第二光源的第二方向上产生的光经过所述长波通滤光片后得到近红外光谱叠加，以减少一个钨灯，以解决功耗大易产生多余的热量和体积大的不足。
本发明的整体技术效果体现在以下方面。
(一)在本发明中，本发明要解决的技术问题之一是针对氘灯光谱400nm相对弱的问题而提出的叠加氘灯第二方向上得到的400nm蓝光部分光谱的设计方案。
(二)在本发明中，本发明要解决的技术问题之一是针对已有专利201520834344.2的功耗大、易产生多余的热量和体积大问题而提出的利用组合多光谱，包括将氘灯第一方向上得到的蓝光与紫外光谱、氘灯第二方向上得到的400nm部分的光谱、钨灯第一方向上得到的紫外光光谱、衰减的可见光光谱与近红外光光谱以及钨灯第二方向上得到的近红外光谱通过合光装置合并,即可得整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱的设计方案。
附图说明
图1是常用钨灯和氘灯光谱；
图2是现有技术中常用的氘钨灯光源一种原理图；
图3是专利201520834344.2的原理结构示意图；
图4是专利201520834344.2的宽带光谱；
图5是本发明第一实施例的原理结构示意图；
图6是本发明的第二实施例的原理结构示意图；
图7是本发明的第三实施例的原理结构示意图；
图8是本发明的第四实施例的原理结构示意图；
图9是本发明的第五实施例的原理结构示意图；
图10是本发明的第六实施例的原理结构示意图；
图11是本发明的第七实施例的原理结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的基本原理是：利用组合多光谱而获得宽带光谱的光源，包括：第一光源、短波通滤光片、400nm带通滤光片、第二光源、可见衰减滤光片、长波通滤光片以及合光装置；合光装置包括四个光纤输入接头以及一个光纤输出接头。其中第一光源为紫外光和蓝光光源，第二光源为包括紫外光、可见光与近红外光的光源。
第一光源的第一方向产生的光经过短波通滤光片后得到蓝光与紫外光谱，蓝光与紫外光谱耦合进入合光装置的第一光纤输入接头；
第一光源的第二方向产生的光经过400nm带通滤光片后得到400nm蓝光部分光谱，400nm蓝光部分光谱耦合进入合光装置的第二个光纤输入接头；400nm蓝光部分光谱通过第一可变光强器件或改变第一光源与合光装置的光纤输出接头之间的光传输器件的耦合距离以调节光强后输出；从而调整匹配第一光源的第二方向上得到的400nm部分的光谱与第一光源的第一方向上得到的蓝光与紫外光谱的相对光谱强度以获得平缓蓝光与紫外光谱。
第二光源的第一方向产生的光经过可见衰减滤光片后得到可见光部分被衰减的光，第二光源的第一方向产生的紫外光、被衰减的可见光与近红外光耦合进入合光装置的第三光纤输入接头；
第二光源的第二方向产生的光经过长波通滤光片后得到近红外光谱，近红外光谱耦合进入合光装置的第四个光纤输入接头；近红外光谱通过第二可变光强器件或改变第二光源与合光装置的光纤输出接头之间的光传输器件的耦合距离以调节光强后输出，从而调整匹配钨灯第二方向上得到的近红外光谱与钨灯第一方向上得到的紫外光光谱、可见光光谱与近红外光光谱的相对强度。
另外，可通过调节可调电阻改变第二光源电流而改变第二光源第一方向上得到的紫外光光谱、可见光光谱与近红外光光谱以及钨灯的第二方向得到的近红外光谱的强度；以便使这两段光谱强度与从第一光源获得的平缓蓝光与紫外光谱强度相匹配而得到整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱。
本发明通过叠加第一光源的第二方向上得到的400nm蓝光部分光谱解决400nm蓝光部分光谱相对弱的问题。本发明通过叠加第二光源的第二方向上得到的近红外光谱，以解决现有技术中作为第二光源的氘灯光谱中656.1nm尖峰谱以及可见光相对紫外光、近红外光强度过大而容易使以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪的饱和问题，能够解决宽带光谱中近红外光信噪比低的问题，另外由于仅设置一个第二光源，可以避免功耗大、易产生多余的热量和体积大问题。
用该宽带光谱配合以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪进行光谱测量时，在近红外光处可以获得比较高的信噪比；此外当增加整体光源强度包括紫外光、可见光和近红外光的强度时，在很大的动态范围内可见光部分不会对此类光谱仪饱和。采用本发明设计的宽带光源经济实用，可广泛用于材料分析与测量，方便实用。
由于在实际应用中，常常采用氘灯作为紫外光和蓝光光源使用，将钨灯作为包括紫外光、可见光与近红外光的光源和近红外光光源使用。因此，在以下实施例中，本发明采用氘灯作为第一光源、钨灯作为第二光源。实际上第一光源还可采用其他紫外光和蓝光光源，例如氙灯等；第二光源还可采用其他包括紫外光、可见光及近红外光的光源，例如氙灯等。以下实施例中的氘灯、钨灯并不作为限制本发明之用。
实施例一
如图5所示,本实施例中宽带光谱光源包括氘灯501，短波通滤光片502，合光装置的第一光纤输入接头503，合光装置的光纤输出接头504，400nm带通滤光片505，氘灯可变光强的器件506，合光装置的第二光纤输入接头507，钨灯508，可见衰减滤光片509，合光装置的第三光纤输入接头510，长波通滤光片511，钨灯508可变光强的器件512，合光装置的第四光纤输入接头513，氘灯501第一方向产生的光514，氘灯501第二方向产生的光515，钨灯508第一方向产生的光516，钨灯508第二方向产生的光517。第一个光纤输入接头503、第二个光纤输入接头507、第三光纤输入接头510和第四光纤输入接头513构成合光装置，合光装置可以是分叉或分劈式。氘灯501第一方向产生的光514经过短波通滤光片502后，其包含656.1nm尖峰谱的可见光被滤掉得到平缓的蓝光与紫外光谱，即氘灯501第一方向产生的光514，该光经第一光纤输入接头503耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，氘灯501第二方向产生的光515经过400nm带通滤光片505后产生400nm蓝光部分光谱，该部分光经氘灯501可变光强的器件-电机驱动可变光栏506调节合适的光强后，经第二光纤输入接头507进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504；钨灯508第一方向产生的光516经过可见衰减滤光片509后，其可见光部分被衰减以平衡其与该钨灯508发出的紫外光和近红外光的相对强度；当增加整体光源强度包括紫外光、可见光和近红外光的强度时，该可见光部分不会对以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪饱和；该衰减的可见光与紫外光和近红外光经第三光纤输入接头510耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第二方向产生的光517经过长波通滤光片511后，其中紫外光和可见光被滤掉而得近红外光谱，该部分光经钨灯508可变光强的器件-电机驱动可变光栏512调节合适的光强后，经第四光纤输入接头513进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504。如此，在合光装置的光纤输出接头504处便可以将氘灯501第一方向得到的紫外光和蓝光光谱、氘灯501第二方向上得到的400nm蓝光部分光谱、钨灯508第一方向得到的紫外光、衰减的可见光和近红外光和钨灯508第二方向得到的近红外光光谱叠加，以获得包括紫外光、可见近光和红外光的整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱。用该宽带光谱配合以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪进行光谱测量时，在近红外光处可以获得比较高的信噪比。此外，当增加整体光源强度(包括紫外光、可见光和近红外光)时，在很大的动态范围内可见光部分不会对此类光谱仪饱和。
优选的是，合光装置可由包括分别具有两个输入接头以及一个输出接头的第一二合一Y型光纤、第二二合一Y型光纤以及第三二合一Y型光纤组成。第一二合一Y型光纤的两个输入接头分别作为合光装置的第一光纤输入接头503和第二光纤输入接头507；第二二合一Y型光纤的两个输入接头分别作为合光装置的第三光纤输入接头510和第四光纤输入接头513；第三二合一Y型光纤的两个输入接头分别与第一二合一Y型光纤、第二二合一Y型光纤的输出接头连接，第三二合一Y型光纤的输出接头为合光装置的光纤输出接头504。
氘灯501的第一方向产生的光经过短波通滤光片502后耦合进入第一二合一Y型光纤的其中一个输入接头，氘灯501第二方向产生的光经过400nm带通滤光片505后耦合进入第一二合一Y型光纤的另一个输入接头；钨灯508的第一方向产生的光经过可见衰减滤光片509后耦合进入第二二合一Y型光纤的其中一个输入接头，钨灯508第二方向产生的光经过长波通滤光片511后耦合进入第二二合一Y型光纤的另一个输入接头；第一二合一Y型光纤的输出接头连接第三二合一Y型光纤的其中一个输入接头，第二二合一Y型光纤的输出接头连接第三二合一Y型光纤的另一个输入接头，在第三二合一Y型光纤的输出接头输出包括紫外光、可见光和近红外光的整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱。
在本实施例中，光与光纤接头的输入或输出耦合为直接耦合或用透镜耦合。
实施例二
如图6所示，本实施例中宽带光谱光源包括氘灯501，短波通滤光片502，合光装置的第一光纤输入接头503，合光装置的光纤输出接头504，400nm带通滤光片505，氘灯可变光强的器件-电机驱动轮式渐变中性滤光片601，合光装置的第二光纤输入接头507，钨灯508，可见衰减滤光片509，合光装置的第三光纤输入接头510，长波通滤光片511，钨灯508可变光强的器件-电机驱动轮式渐变中性滤光片602，合光装置的第四光纤输入接头513，氘灯501第一方向产生的光514，氘灯501第二方向产生的光515，钨灯508第一方向产生的光516，钨灯508第二方向产生的光517。第一光纤输入接头503、合光装置的第二光纤输入接头507、第三光纤输入接头510和第四光纤输入接头513构成合光装置，合光装置可以是分叉或分劈式。
氘灯501第一方向产生的光514经过短波通滤光片502后，其包含656.1nm尖峰谱的可见光被滤掉得到平缓的蓝光与紫外光谱，即氘灯501第一方向产生的光514，该光经第一光纤输入接头503耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，氘灯501第二方向产生的光515经过400nm带通滤光片505后产生400nm蓝光部分光谱，该部分光经氘灯可变光强的器件-电机驱动轮式渐变中性滤光片601调节合适的光强后，经第二光纤输入接头507进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第一方向产生的光516经过可见衰减滤光片509后，其可见光部分被衰减以平衡其与该钨灯508发出的紫外光和近红外光的相对强度；当增加整体光源强度包括紫外光、可见光和近红外光的强度时，该可见光部分不会对以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪饱和；该衰减的可见光与紫外光和近红外光经第三光纤输入接头510耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第二方向产生的光517经过长波通滤光片511后，其中紫外光和可见光被滤掉而得近红外光谱，该部分光经钨灯508可变光强的器件-电机驱动轮式渐变中性滤光片602调节合适的光强后，经第四光纤输入接头513进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504。如此，在合光装置的光纤输出接头504处便可以将氘灯501第一方向得到的紫外光和蓝光光谱、氘灯501第二方向上得到的400nm蓝光部分光谱、钨灯508第一方向得到的紫外光、衰减的可见光和近红外光和钨灯508第二方向得到的近红外光光谱叠加，以获得包括紫外光、可见近光和红外光的整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱。用该宽带光谱配合以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪进行光谱测量时，在近红外光处可以获得比较高的信噪比。此外，当增加整体光源强度(包括紫外光、可见光和近红外光)时，在很大的动态范围内可见光部分不会对此类光谱仪饱和。
在本实施例中，光与光纤接头的输入或输出耦合为直接耦合或用透镜耦合。
实施例三
如图7所示，本实施例中宽带光谱光源包括氘灯501，短波通滤光片502，合光装置的第一光纤输入接头503，合光装置的光纤输出接头504，400nm带通滤光片505，氘灯可变光强的器件-电机驱动楔型板对701，合光装置的第二光纤输入接头507，钨灯508，可见衰减滤光片509，合光装置的第三光纤输入接头510，长波通滤光片511，钨灯508可变光强的器件-电机驱动楔型板对702，合光装置的第四光纤输入接头513，氘灯501第一方向产生的光514，氘灯501第二方向产生的光515，钨灯508第一方向产生的光516，钨灯508第二方向产生的光517。第一光纤输入接头503、合光装置的第二光纤输入接头507、第三光纤输入接头510和第四光纤输入接头513构成合光装置，合光装置可以是分叉或分劈式。
氘灯501第一方向产生的光514经过短波通滤光片502后，其包含656.1nm尖峰谱的可见光被滤掉得到平缓的蓝光与紫外光谱，即氘灯501第一方向产生的光514，该光经第一光纤输入接头503耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，氘灯501第二方向产生的光515经过400nm带通滤光片505后产生400nm蓝光部分光谱，该部分光经氘灯可变光强的器件-电机驱动楔型板对701调节合适的光强后，经第二光纤输入接头507进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第一方向产生的光516经过可见衰减滤光片509后，其可见光部分被衰减以平衡其与该钨灯508发出的紫外光和近红外光的相对强度；当增加整体光源强度包括紫外光、可见光和近红外光的强度时，该可见光部分不会对以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪饱和；该衰减的可见光与紫外光和近红外光经第三光纤输入接头510耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第二方向产生的光517经过长波通滤光片511后，其中紫外光和可见光被滤掉而得近红外光谱，该部分光经钨灯508可变光强的器件-电机驱动楔型板对702调节合适的光强后，经第四光纤输入接头513进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504。如此，在合光装置的光纤输出接头504处便可以将氘灯501第一方向得到的紫外光和蓝光光谱、氘灯501第二方向上得到的400nm蓝光部分光谱、钨灯508第一方向得到的紫外光、衰减的可见光和近红外光和钨灯508第二方向得到的近红外光光谱叠加，以获得包括紫外光、可见近光和红外光的整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱。用该宽带光谱配合以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪进行光谱测量时，在近红外光处可以获得比较高的信噪比。此外，当增加整体光源强度(包括紫外光、可见光和近红外光)时，在很大的动态范围内可见光部分不会对此类光谱仪饱和。
在本实施例中，光与光纤接头的输入或输出耦合为直接耦合或用透镜耦合。
实施例四
如图8所示，本实施例中宽带光谱光源包括氘灯501，短波通滤光片502，合光装置的第一光纤输入接头503，合光装置的光纤输出接头504，400nm带通滤光片505，合光装置的第二光纤输入接头507，钨灯508，可见衰减滤光片509，合光装置的第三光纤输入接头510，长波通滤光片511，合光装置的第四光纤输入接头513，氘灯501第一方向产生的光514，氘灯501第二方向产生的光515，钨灯508第一方向产生的光516，钨灯508第二方向产生的光517。第一光纤输入接头503、合光装置的第二光纤输入接头507、第三光纤输入接头510和第四光纤输入接头513构成合光装置，合光装置可以是分叉或分劈式。
氘灯501第一方向产生的光514经过短波通滤光片502后，其包含656.1nm尖峰谱的可见光被滤掉得到平缓的蓝光与紫外光谱，即氘灯501第一方向产生的光514，该光经第一光纤输入接头503耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，氘灯501第二方向产生的光515经过400nm带通滤光片505后产生400nm蓝光部分光谱，该部分光经变化第二光纤输入接头507与氘灯501的距离D1而调节合适的光强后，经第二光纤输入接头507进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第一方向产生的光516经过可见衰减滤光片509后，其可见光部分被衰减以平衡其与该钨灯508发出的紫外光和近红外光的相对强度；当增加整体光源强度包括紫外光、可见光和近红外光的强度时，该可见光部分不会对以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪饱和；该衰减的可见光与紫外光和近红外光经第三光纤输入接头510耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第二方向产生的光517经过长波通滤光片511后，其中紫外光和见光被滤掉而得近红外光谱，该部分光经变化第四光纤输入接头513与钨灯508的距离D2而调节合适的光强后，经第四光纤输入接头513进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504。如此，在合光装置的光纤输出接头504处便可以将氘灯501第一方向得到的紫外光和蓝光光谱、氘灯501第二方向上得到的400nm蓝光部分光谱、钨灯508第一方向得到的紫外光、衰减的可见光和近红外光和钨灯508第二方向得到的近红外光光谱叠加，以获得包括紫外光、可见近光和红外光的整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱。用该宽带光谱配合以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪进行光谱测量时，在近红外光处可以获得比较高的信噪比。此外，当增加整体光源强度(包括紫外光、可见光和近红外光)时，在很大的动态范围内可见光部分不会对此类光谱仪饱和。
在本实施例中，光与光纤接头的输入或输出耦合为直接耦合或用透镜耦合。
实施例五
如图9所示，本实施例中宽带光谱光源包括氘灯501，短波通滤光片502，合光装置的第一光纤输入接头503，合光装置的光纤输出接头504，400nm带通滤光片505，合光装置的第二光纤输入接头507，钨灯508，可见衰减滤光片509，合光装置的第三光纤输入接头510，长波通滤光片511，合光装置的第四光纤输入接头513，氘灯501第一方向产生的光514，氘灯501第二方向产生的光515，钨灯508第一方向产生的光516，钨灯508第二方向产生的光517。第一光纤输入接头503、合光装置的第二光纤输入接头507、第三光纤输入接头510和第四光纤输入接头513构成合光装置，合光装置可以是分叉或分劈式。第二光纤输入接头507和第四光纤输入接头513的光纤中具有光纤耦合结构，光纤耦合结构由两段互相耦合的光纤组成。
氘灯501第一方向产生的光514经过短波通滤光片502后，其包含656.1nm尖峰谱的可见光被滤掉得到平缓的蓝光与紫外光谱，即氘灯501第一方向产生的光514，该光经第一光纤输入接头503耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，氘灯501第二方向产生的光515经过400nm带通滤光片505后产生400nm蓝光部分光谱，该部分光经第二光纤输入接头507进入光纤，经变化第二光纤输入接头507的光纤耦合结构中两耦合光纤的距离D3而调节合适的光强后，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第一方向产生的光516经过可见衰减滤光片509后，其可见光部分被衰减以平衡其与该钨灯508发出的紫外光和近红外光的相对强度；当增加整体光源强度包括紫外光、可见光和近红外光的强度时，该可见光部分不会对以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪饱和；该衰减的可见光与紫外光和近红外光经第三光纤输入接头510耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第二方向产生的光517经过长波通滤光片511后，其中紫外光和见光被滤掉而得近红外光谱，该部分光经第四光纤输入接头513进入光纤，经变化第四光纤输入接头513的光纤耦合结构中两耦合光纤的距离D4而调节合适的光强后，再进入合光装置的光纤输出接头504。如此，在合光装置的光纤输出接头504处便可以将氘灯501第一方向得到的紫外光和蓝光光谱、氘灯501第二方向上得到的400nm蓝光部分光谱、钨灯508第一方向得到的紫外光、衰减的可见光和近红外光和钨灯508第二方向得到的近红外光光谱叠加，以获得包括紫外光、可见近光和红外光的整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱。用该宽带光谱配合以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪进行光谱测量时，在近红外光处可以获得比较高的信噪比。此外，当增加整体光源强度(包括紫外光、可见光和近红外光)时，在很大的动态范围内可见光部分不会对此类光谱仪饱和。
在本实施例中，光与光纤接头的输入或输出耦合为直接耦合或用透镜耦合。
实施例六
如图10所示，本实施例中宽带光谱光源包括氘灯501，短波通滤光片502，合光装置的第一光纤输入接头503，合光装置的光纤输出接头504，400nm带通滤光片505，合光装置的第二光纤输入接头507，钨灯508，可见衰减滤光片509，合光装置的第三光纤输入接头510，长波通滤光片511，合光装置的第四光纤输入接头513，氘灯501第一方向产生的光514，氘灯501第二方向产生的光515，钨灯508第一方向产生的光516，钨灯508第二方向产生的光517。第一光纤输入接头503、合光装置的第二光纤输入接头507、第三光纤输入接头510和第四光纤输入接头513构成合光装置，合光装置可以是分叉或分劈式。第二光纤输入接头507和第四光纤输入接头513中具有准直器透镜。
氘灯501第一方向产生的光514经过短波通滤光片502后，其包含656.1nm尖峰谱的可见光被滤掉得到平缓的蓝光与紫外光谱，即氘灯501第一方向产生的光514，该光经第一光纤输入接头503耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，氘灯501第二方向产生的光515经过400nm带通滤光片505后产生400nm蓝光部分光谱，该部分光经变化第二光纤输入接头507中准直器透镜与光纤的距离D5而调节合适的光强后，经第二光纤输入接头507进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第一方向产生的光516经过可见衰减滤光片509后，其可见光部分被衰减以平衡其与该钨灯508发出的紫外光和近红外光的相对强度；当增加整体光源强度包括紫外光、可见光和近红外光的强度时，该可见光部分不会对以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪饱和；该衰减的可见光与紫外光和近红外光经第三光纤输入接头510耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第二方向产生的光517经过长波通滤光片511后，其中紫外光和见光被滤掉而得近红外光谱，该部分光经变化第四光纤输入接头513中准直器透镜与光纤的距离D6而调节合适的光强后，经第四光纤输入接头513进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504。如此，在合光装置的光纤输出接头504处便可以将氘灯501第一方向得到的紫外光和蓝光光谱、氘灯501第二方向上得到的400nm蓝光部分光谱、钨灯508第一方向得到的紫外光、衰减的可见光和近红外光和钨灯508第二方向得到的近红外光光谱叠加，以获得包括紫外光、可见近光和红外光的整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱。用该宽带光谱配合以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪进行光谱测量时，在近红外光处可以获得比较高的信噪比。此外，当增加整体光源强度(包括紫外光、可见光和近红外光)时，在很大的动态范围内可见光部分不会对此类光谱仪饱和。
在本实施例中，光与光纤接头的输入或输出耦合为直接耦合或用透镜耦合。
实施例七
如图11所示，本实施例中宽带光谱光源包括氘灯501，短波通滤光片502，合光装置的第一光纤输入接头503，合光装置的光纤输出接头504，400nm带通滤光片505，合光装置的第二光纤输入接头507，钨灯508，可见衰减滤光片509，合光装置的第三光纤输入接头510，长波通滤光片511，合光装置的第四光纤输入接头513，氘灯501第一方向产生的光514，氘灯501第二方向产生的光515，钨灯508第一方向产生的光516，钨灯508第二方向产生的光517。第一光纤输入接头503、合光装置的第二光纤输入接头507、第三光纤输入接头510和第四光纤输入接头513构成合光装置，合光装置可以是分叉或分劈式。第二光纤输入接头507和第四光纤输入接头513中设置不同芯径的光纤。
氘灯501第一方向产生的光514经过短波通滤光片502后，其包含656.1nm尖峰谱的可见光被滤掉得到平缓的蓝光与紫外光谱，即氘灯501第一方向产生的光514，该光经第一光纤输入接头503耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，氘灯501第二方向产生的光515经过400nm带通滤光片505后产生400nm蓝光部分光谱，该部分光经不同直径耦合光纤以及调节不同直径耦合光纤的距离D7而调节合适的光强后，经第二光纤输入接头507进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第一方向产生的光516经过可见衰减滤光片509后，其可见光部分被衰减以平衡其与该钨灯508发出的紫外光和近红外光的相对强度；当增加整体光源强度包括紫外光、可见光和近红外光的强度时，该可见光部分不会对以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪饱和；该衰减的可见光与紫外光和近红外光经第三光纤输入接头510耦合进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504，钨灯508第二方向产生的光517经过长波通滤光片511后，其中紫外光和见光被滤掉而得近红外光谱，该部分光经不同直径耦合光纤以及调节不同直径耦合光纤的距离D8而调节合适的光强后，经第四光纤输入接头513进入光纤，再进入合光装置的光纤输出接头504。如此，在合光装置的光纤输出接头504处便可以利用组合多光谱的原理，将氘灯501第一方向得到的紫外光和蓝光光谱、氘灯501第二方向上得到的400nm蓝光部分光谱、钨灯508第一方向得到的紫外光、衰减的可见光和近红外光和钨灯508第二方向得到的近红外光光谱叠加，以获得包括紫外光、可见近光和红外光的整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱。用该宽带光谱配合以CCD或CMOS作为探测器的光谱仪进行光谱测量时，在近红外光处可以获得比较高的信噪比。此外，当增加整体光源强度(包括紫外光、可见光和近红外光)时，在很大的动态范围内可见光部分不会对此类光谱仪饱和。采用近红外光多耦合、可见光及紫外光光少耦合的方法，即钨灯508的第二方向所用的光纤采用较大芯径的光纤以平衡各部分的光强，以克服因为CCD或COMS在近红外光处的响应度低而引起的近红外光部分相对较弱的缺陷。
在本实施例中，光与光纤接头的输入或输出耦合为直接耦合或用透镜耦合。
在本发明中，钨灯508的输出光强可以通过调节其驱动电流进行调节，以改变第二光源电流而改变第二光源的第一方向上得到的紫外光光谱、可见光光谱与近红外光光谱以及第二光源的第二方向得到的近红外光谱的强度，从而使这两段光谱强度与从第一光源获得的平缓蓝光与紫外光谱强度相匹配而得到整体平缓、宽带而且近红外光强度几乎加倍的宽带光谱。
氘灯、钨灯508的光纤输出接头还可以分别设置有用于平衡光强的中性光衰减片。
在本发明中，采用近红外光多耦合(如用较大芯径光纤等)、可见光及紫外光光少耦合(如用较小芯径光纤等)的方法，即钨灯508第二方向所用的光纤采用较大芯径的光纤以平衡各部分的光强。可以克服因为CCD或COMS在近红外光处的响应度低而引起的近红外光部分相对较弱的缺陷。
钨灯508可以为其它的包括紫外光、可见光与近红外光的光源；如氘灯等。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (12)
1.一种宽带光谱光源，其特征在于，包括:第一光源、短波通滤光片、400nm带通滤光片、第二光源、可见衰减滤光片、长波通滤光片以及合光装置，所述合光装置为包括四个光纤输入接头以及一个光纤输出接头的四合一光纤，所述第一光源为紫外光和蓝光光源，所述第二光源为包括紫外光、可见光与近红外光的光源，
所述第一光源的第一方向产生的光经过所述短波通滤光片后得到蓝光与紫外光谱，所述蓝光与紫外光谱耦合进入所述合光装置的第一光纤输入接头；
所述第一光源的第二方向产生的光经过所述400nm带通滤光片后得到400nm蓝光部分光谱，所述400nm蓝光部分光谱通过第一可变光强器件或改变所述第一光源与所述合光装置的光纤输出接头之间的光传输器件的耦合距离以调节光强后输出，所述400nm蓝光部分光谱耦合进入所述合光装置的第二光纤输入接头；
所述第二光源的第一方向产生的光经过所述可见衰减滤光片后得到可见光部分被衰减的光，所述可见光部分被衰减的光耦合进入所述合光装置的第三光纤输入接头；
所述第二光源的第二方向产生的光经过所述长波通滤光片后得到近红外光谱，所述近红外光谱通过第二可变光强器件或改变所述第二光源与所述合光装置的光纤输出接头之间的光传输器件的耦合距离以调节光强后输出，所述近红外光谱耦合进入所述合光装置的第四光纤输入接头；
所述合光装置将由所述四个光纤输入接头进入的光进行合光后经所述光纤输出接头输出包括紫外光、可见光和近红外光的整体平缓的宽带光谱。
2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述合光装置包括分别具有两个输入接头以及一个输出接头的第一二合一Y型光纤、第二二合一Y型光纤以及第三二合一Y型光纤；
所述第一二合一Y型光纤的两个输入接头分别作为所述合光装置的第一光纤输入接头和第二光纤输入接头；
所述第二二合一Y型光纤的两个输入接头分别作为所述合光装置的第三光纤输入接头和第四光纤输入接头；
所述第三二合一Y型光纤的两个输入接头分别与所述第一二合一Y型光纤、第二二合一Y型光纤的输出接头连接，所述第三二合一Y型光纤的输出接头为所述合光装置的光纤输出接头。
3.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述第一光源的第一可变光强的器件为电机驱动可变光栏、电机驱动轮式渐变中性滤光片或电机驱动楔型板对；
所述第二光源的第二可变光强的器件为电机驱动可变光栏、电机驱动轮式渐变中性滤光片或电机驱动楔型板对。
4.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，
所述第一光源的第二方向产生的光经改变所述第二光纤输入接头与所述第一光源的距离而调整其光强；
所述第二光源的第二方向产生的光经改变所述第四光纤输入接头与所述第二光源的距离而调整其光强。
5.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述第二光纤输入接头以及所述第四光纤输入接头的光纤中分别设置有光纤耦合结构；
第一光源的第二方向产生的光通过调节所述第二光纤输入接头的光纤中光纤耦合结构的距离而调整其强度，第二光源的第二方向产生的光通过调节所述第四光纤输入接头的光纤中光纤耦合结构的距离而调整其强度。
6.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述第一光源的第二方向产生的光经变化所述第二光纤输入接头中的准直器透镜与光纤的距离而调整其强度；
所述第二光源的第二方向产生的光经变化第四光纤输入接头中的准直器透镜与光纤的距离而调整其强度。
7.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述第二光纤输入接头中通过设置不同芯径的光纤以变化所述第一光源的第二方向产生的光的光强；所述第四光纤输入接头通过设置不同芯径的光纤以变化所述第二光源的第二方向产生的光的光强。
8.根据权利要求7所述的光源，其特征在于，采用近红外光多耦合、可见光及紫外光光少耦合的方法，即所述第二光源的第二方向所用的光纤采用较大芯径的光纤以平衡各部分的光强。
9.根据权利要求1至8任一项所述的光源，其特征在于，所述合光装置为分叉或分劈式；且所述光与光纤接头的输入或输出耦合为直接耦合或用透镜耦合。
10.根据权利要求1至8任一项所述的光源，其特征在于，所述第二光源的输出光强通过调节其驱动电流进行调节以改变第二光源电流而改变第二光源的第一方向上得到的紫外光光谱、可见光光谱与近红外光光谱以及第二光源的第二方向得到的近红外光谱的强度。
11.根据权利要求1至8任一项所述的光源，其特征在于，所述四个光纤输入接头还设置有用于调节平衡光强的中性光衰减片。
12.根据权利要求1至8任一项所述的光源，其特征在于，所述第一光源为氘灯、氢灯或氙灯，所述第二光源为钨灯或氙灯。
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