CN115791622B - 一种微型光谱测量装置及光谱测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型光谱测量装置及光谱测量方法，微型光谱测量装置包含可调谐石墨烯滤光单元、电压控制单元、宽谱探测单元、数据处理和光谱显示单元。可调谐石墨烯滤光单元主体采用加载顶栅的石墨烯‑金属混合超表面，其透射光可通过调节顶栅电压灵活调控；基于不同透射谱下宽谱探测单元的光电流读数，利用岭回归最小二乘算法反演入射光的光谱，获得相应波长范围内的光谱信息。本发明利用石墨烯费米能级随外加电压调控的物理机制，以及光谱重构算法，可在单一像元实现光谱测量，无需色散光学系统，有效缩小光谱探测装置的尺寸和提高集成度，解决了野外、水下等环境中对光谱测量装置小型化和集成化的迫切需求问题。

Description

一种微型光谱测量装置及光谱测量方法

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种微型光谱测量装置及光谱测量方法。

背景技术

光谱探测是物质成分分析、材料表征的重要手段，近年来随着水下科学考察、快速医学检测、土壤和农作物分析、食品生产线监测、大气组分监测等领域的发展，对光谱探测装置的小型化、低成本、低功耗的需求不断增长。此外，上述领域的光谱探测由于面临野外、水下、高空等操作环境或对探测实时性有较高要求，难以采用先采样后送至实验室进行光谱检测的工作方式，并且对光谱探测装置的集成度有更高需求。然而，传统光谱仪受限于光谱探测机理，通常需要体积较大的色散光学系统或干涉仪光路、光路需满足一定长度且需使用探测器阵列，导致了光谱仪的体积大和集成化低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种微型光谱测量装置及光谱测量方法。利用石墨烯费米能级随外加电压调控的物理机制，以及光谱重构算法，可在单一像元实现光谱测量，无需色散光学系统，从而有效缩小光谱探测装置的尺寸和提高集成度。

为了达到上述目的，本发明实施例第一方面公开了一种微型光谱测量装置，包括：

可调谐石墨烯滤光单元、电压控制单元、宽谱探测单元、光谱重构计算单元和光谱显示单元；

所述可调谐石墨烯滤光单元与所述电压控制单元电连接；

所述电压控制单元用于为所述可调谐石墨烯滤光单元提供可控电压；

所述宽谱探测单元紧密贴合在所述可调谐石墨烯滤光单元上；所述宽谱探测单元将透过所述可调谐石墨烯滤光单元的透射光转换为光电流信号；

所述宽谱探测单元与所述光谱重构计算单元电连接；

所述光谱重构计算单元用于对来自于所述宽谱探测单元的光电流信号信息进行计算处理，得到光谱数据；所述光电流信号信息包括不少于1种的透射光下的光电流信号；

所述光谱重构计算单元与所述光谱显示单元电连接；

所述光谱显示单元用于接收来自于所述光谱重构计算单元的光谱数据，显示光谱分布。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述可调谐石墨烯滤光单元采用加载离子凝胶顶栅的石墨烯-金属混合超表面结构，包括石墨烯-金属混合超表面与离子凝胶顶栅；所述离子凝胶顶栅粘合在所述石墨烯-金属混合超表面的第一侧面上；

所述离子凝胶顶栅与所述电压控制单元电连接。

进一步的，所述宽谱探测单元包括宽谱光电探测器和读出电；所述宽谱光电探测器与所述石墨烯-金属混合超表长宽相同，所述宽谱光电探测器通过微纳加工工艺紧密贴合在所述石墨烯-金属混合超表面的第二侧面上；

所述宽谱光电探测器接收透过所述石墨烯-金属混合超表面的光，进行光电转换，生成光电流信号；

所述读出电路与所述宽谱光电探测器电连接，采集所述宽谱光电探测器生成的光电流信号，并传输至所述光谱重构计算单元。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述光谱显示单元还显示光谱微分和积分选项；所述微分选项计算光谱函数的各阶导函数并显示，部分消除大气效应、环境背景的影响。所述积分选项计算选定波段范围内的光谱函数积分值并显示，表征选定波段范围内的光谱能量。

本发明实施例第二方面公开了一种光谱测量方法，所述方法包括：

S1、获取可调谐石墨烯滤光单元与宽谱探测单元的组合器件的光谱响应度信息；所述光谱响应度信息包括M*N光谱响应度；所述M表征加载在所述可调谐石墨烯滤光单元的控制电压级数；所述N表征波长不同的输入光的个数；所述光谱响应度表示为t(U_m,λ_n)，表征在电压为U_m，输入光波长为λ_n时的光谱响应度；

S2、根据所述光谱响应度信息，构建光谱响应矩阵；

S3、将所述光谱响应矩阵导入所述光谱重构计算单元；

S4、利用电压控制单元、可调谐石墨烯滤光单元、宽谱探测单元，对待测样品光进行处理，得到待测样品光光电流信号集；所述待测样品光光电流信号集包括M个电压下的待测样品光光电流信号；所述M个电压为所述光谱响应度信息中波长光谱响应度集对应的M个电压；

S5、利用光谱重构计算单元对所述待测样品光光电流信号集进行处理，得到待测样品光光谱信息；

S6、利用光谱显示单元,对所述待测样品光光谱信息进行显示处理。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述根据所述光谱响应度信息，构建光谱响应矩阵，包括：

将所述光谱响应度信息任一电压U_i所对应的光谱响应度t(U_i,λ)作为一个行向量[t(U_i,λ₁),t(U_i,λ₂),…t(U_i,λ_N)]；所述λ_a表征不同的输入光波长；所述a∈{1，…，N}；

将所有电压下的行向量依次堆叠在一起，构建光谱响应矩阵T；

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述利用电压控制单元、可调谐石墨烯滤光单元、宽谱探测单元，对待测样品光进行处理，得到待测样品光光电流信号集，包括：

S41、获取所述光谱响应度信息中M个电压，得到电压集；

S42、利用电压控制单元，将所述电压集中任一电压U_m加载到可调谐石墨烯滤光单元；所述m∈{1，…，M}；

S43、将待测样品光会聚后垂直入射到可调谐石墨烯滤光单元表面，得到第m个透射光；

S44、利用宽谱探测单元对所述第m个透射光进行光电转换，生成待测样品光光电流信号I_m；

S45、判断是否已完成电压集中所有电压值的加载，得到第一判断结果；

S46、如果第一判断结果为否，则触发执行所述步骤S42；如果第一判断结果为是，触发执行步骤S47；

S47、将步骤S44中得到所有待测样品光光电流信号进行组合，得到待测样品光光电流信号集；所述待测样品光光电流信号集包括M个待测样品光光电流信号。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述利用光谱重构计算单元对所述待测样品光光电流信号集进行处理，得到待测样品光光谱，包括：

将所述待测样品光光电流信号集组成一个光电流信号列向量；

利用光谱重构计算单元对所述光谱响应矩阵与光电流信号列向量进行处理，得到待测样品光光谱。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述利用光谱重构计算单元对所述光谱响应矩阵与光电流信号列向量进行处理，得到待测样品光光谱，包括：

光谱重构计算单元利用岭回归算法模型对所述光谱响应矩阵与光电流信号列向量进行处理，得到光谱数据。

所述岭回归算法模型为：

其中，S为光谱数据，T为光谱响应矩阵，E为单位矩阵，I为光电流信号列向量，α为岭回归系数；T^T表示矩阵T的转置矩阵。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述岭回归系数α的值为可变参数，取值方法为：

利用噪声频谱分析仪和半导体分析仪得到不同工作环境下宽谱探测器信噪比；根据所述宽谱探测器信噪比，从预设的探测器信噪比与岭回归系数对应表中选择岭回归系数α。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明利用石墨烯费米能级随外加电压调控的物理机制，以及光谱重构算法，可基于单一像元实现光谱测量，无需色散光学系统，从而有效缩小光谱探测装置的尺寸；同时，可调谐石墨烯滤光单元与探测器紧密贴合，突破传统光谱仪对光路长度的要求，有助于提高探测装置集成度。有助于应对野外、水下以及高空等作业环境中对光谱测量装置小型化和集成化的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种微型光谱测量装置的组成结构图；

图2为本发明所述的石墨烯-金属混合超表面基本组成结构图；

图3为本发明实施例公开的一种光谱测量方法流程示意图。

附图标记与说明：

1、可调谐石墨烯滤光单元，2、电压控制单元，3、宽谱探测单元，4、光谱重构计算单元，5、光谱显示单元，11、石墨烯-金属混合超表面，12、离子凝胶顶栅，111、第一侧面，112、第二侧面，113、底层衬底，114、金属纳米光栅层，115、介质层，116、上石墨烯片层，31、宽谱光电探测器，32、读出电路。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明公开了一种微型光谱测量装置及光谱测量方法，利用石墨烯费米能级随外加电压调控的物理机制，以及光谱重构算法，可基于单一像元实现光谱测量，无需色散光学系统，从而有效缩小光谱探测装置的尺寸；同时，可调谐石墨烯滤光单元与探测器紧密贴合，突破传统光谱仪对光路长度的要求，有助于提高探测装置集成度。有助于应对野外、水下以及高空等作业环境中对光谱测量装置小型化和集成化的要求。

实施例一

请参阅图1，图1为本发明实施例公开的一种微型光谱测量装置的组成结构图。包含可调谐石墨烯滤光单元(1)、电压控制单元(2)、宽谱探测单元(3)、光谱重构计算单元(4)和光谱显示单元(5)。

可调谐石墨烯滤光单元(1)与电压控制单元(2)电连接。

电压控制单元(2)用于为可调谐石墨烯滤光单元(1)提供可控电压；

宽谱探测单元(3)紧密贴合在所述可调谐石墨烯滤光单元(1)上；上述宽谱探测单元(3)将透过可调谐石墨烯滤光单元(1)的透射光转换为光电流信号。

宽谱探测单元(3)与光谱重构计算单元(4)电连接。

光谱重构计算单元(4)用于对来自于宽谱探测单元(3)的光电流信号信息进行计算处理，得到光谱数据；上述光电流信号信息包括不少于1种的透射光下的光电流信号。

光谱重构计算单元(4)与光谱显示单元(5)电连接。

光谱显示单元(5)用于接收来自于光谱重构计算单元(4)的光谱数据，显示光谱分布。

可见，实施本发明实施例所描述的微型光谱测量装置，利用石墨烯费米能级随外加电压调控的物理机制，以及光谱重构算法，基于单一像元实现光谱测量，无需色散光学系统，从而有效缩小光谱探测装置的尺寸；同时，可调谐石墨烯滤光单元与探测器紧密贴合，突破传统光谱仪对光路长度的要求，有助于提高探测装置集成度。

上述可调谐石墨烯滤光单元(1)主体采用加载离子凝胶顶栅的石墨烯-金属混合超表面，包括石墨烯-金属混合超表面(11)与离子凝胶顶栅(12)；离子凝胶顶栅(12)粘合在石墨烯-金属混合超表面(11)的第一侧面(111)上。

上述离子凝胶顶栅(12)与电压控制单元(2)电连接。

在该可选的实施例中，作为一种可选的实施方式，如图2所示，上述超表面包括底层衬底(113)、金属纳米光栅层(114)、介质层(115)与石墨烯片层(116)。

可见，实施本发明实施例所描述的微型光谱测量装置，可调谐石墨烯滤光单元主体采用加载离子凝胶顶栅的石墨烯-金属混合超表面，利用金属超表面结构激发石墨烯的等离激元共振，由电压控制模块调控顶极电压，通过调节石墨烯的费米能级，改变金属超表面激发的石墨烯等离激元共振幅度与谐振频率，进而改变滤光单元的透射光谱。

在又一个可选的实施例中，上述宽谱探测单元(3)包括宽谱光电探测器(31)和读出电路(32)；宽谱光电探测器(31)与石墨烯-金属混合超表面(11)长宽相同，宽谱光电探测器(31)通过微纳加工工艺紧密贴合在石墨烯-金属混合超表面(11)的第二侧面(112)上。

宽谱光电探测器(31)接收透过石墨烯-金属混合超表面(11)的光，进行光电转换，生成光电流信号。

读出电路(32)与宽谱光电探测器(31)电连接，采集宽谱光电探测器(31)生成的光电流信号，并传输至光谱重构计算单元(4)。

可见，实施本发明实施例所描述的微型光谱测量装置，采用与石墨烯-金属混合超表面长宽相同宽谱光电探测器，且将两者紧密贴合，保证了对透射光的精确采集。

在又一个可选的实施例中，上述光谱显示单元还显示光谱微分和积分选项。上述微分选项计算光谱函数的各阶导函数并显示，部分消除大气效应、环境背景的影响。上述积分选项计算选定波段范围内的光谱函数积分值并显示，表征选定波段范围内的光谱能量。

可见，实施本发明实施例所描述的微型光谱测量装置，不仅显示了光谱信息，还可以显示光谱微分和积分选项，展示的信息更全面，准确。

实施例二

请参阅图3，图3为本发明实施例公开的一种光谱测量方法的流程示意图。图3所描述的光谱测量方法应用于微型光谱测量装置中。如图3所示，该方法包括：

S1、获取可调谐石墨烯滤光单元与宽谱探测单元的组合器件的光谱响应度信息。

在本实施例中，上述光谱响应度信息包括M*N光谱响应度；所述M表征加载在所述可调谐石墨烯滤光单元的控制电压级数；所述N表征波长不同的输入光的个数；所述光谱响应度表示为t(U_m,λ_n)，表征在电压为U_m，输入光波长为λ_n时的光谱响应度；

S2、根据所述光谱响应度信息，构建光谱响应矩阵。

S3、将所述光谱响应矩阵导入所述光谱重构计算单元。

S4、利用电压控制单元、可调谐石墨烯滤光单元、宽谱探测单元，对待测样品光进行处理，得到待测样品光光电流信号集。

在本实施例中，上述待测样品光光电流信号集包括M个电压下的待测样品光光电流信号；所述M个电压为所述光谱响应度信息中波长光谱响应度集对应的M个电压。

S5、利用光谱重构计算单元对所述待测样品光光电流信号集进行处理，得到待测样品光光谱信息。

S6、利用光谱显示单元,对所述待测样品光光谱信息进行显示处理。

可见，实施本发明实施例所描述的光谱测量方法，通过将待测样品光通过预设电压条件下的石墨烯滤光单元与宽谱探测单元组合器件，测得待测样品光光电流信号集，基于组合器件的光谱响应度信息，对待测样品光光电流信号集进行处理得到待测样品光的光谱信息，实现了基于单一像元实现光谱测量，无需现有光谱测量常用的色散光学系统，从而有效缩小光谱探测装置的尺寸。

在另一个可选的实施例中，上述获取可调谐石墨烯滤光单元与宽谱探测单元的组合器件的光谱响应度信息，具体包括：

S11、获取施加电压集；所述施加电压集为{U₁，U₂，…，U_M}。

S12、从所述施加电压集中选择任一点U_i，所述i∈{1，…，M}，利用电压控制模块对可调谐石墨烯滤光单元施加电压为U_i。

S13、利用窄带激光器输出波长为λ_j的激光，将所述激光垂直照射所述可调谐石墨烯滤光单元与宽谱探测单元的组合器件，得到宽谱探测单元在波长λ_j输入下的光电流信号；所述窄带激光器为输出波长可调谐的窄带激光器；所述λ_j为预设的照射激光波长集{λ₁，λ₂，…，λ_N}的任一波长；所述j∈{1，…，N}。

S14、将所述光电流信号与标准探测器被同样波长为λ_j的激光照射下的光电信号比对，计算得到微型光谱测量装置在电压为U_i，波长为λ_j条件下的光谱响应度t(U_i,λ_j)。

S15、判断是否完成预设的照射激光波长集{λ₁，λ₂，…，λ_N}中所有波长激光的电流信号的采集，得到第一判断结果。

如果第一判断结果为否，则执行步骤S13；

如果第一判断结果为是，则执行步骤S16。

S16、判断是否完成施加电压集{U₁，U₂，…，U_M}中所有电压下的电流信号的采集，得到第二判断结果；

如果第一判断结果为否，则执行步骤S12；

如果第一判断结果为是，则执行步骤S17。

S17、将步骤S14中获取的光谱响应度t(U_i,λ_j)进行组合处理，得到可调谐石墨烯滤光单元与宽谱探测单元的组合器件的光谱响应度信息。

可见，实施本发明实施例所描述的光谱测量方法，通过为可调谐石墨烯滤光单元与宽谱探测单元的组合器件施加不同的电压，和输入不同波长的激光，利用标准探测器进行标校，实现了对微型光谱测量装置的光谱响应定标。

在又一个可选的实施例中，上述利用电压控制单元、可调谐石墨烯滤光单元、宽谱探测单元，对待测样品光进行处理，得到待测样品光光电流信号集，具体包括：

S41、获取所述光谱响应度信息中M个电压，得到电压集。

S42、利用电压控制单元，将所述电压集中任一电压U_m加载到可调谐石墨烯滤光单元；所述m∈{1，…，M}。

S43、将待测样品光会聚后垂直入射到可调谐石墨烯滤光单元表面，得到第m个透射光。

S44、利用宽谱探测单元对所述第m个透射光进行光电转换，生成待测样品光光电流信号I_m。

S45、判断是否已完成电压集中所有电压值的加载，得到第一判断结果；

S46、如果第一判断结果为否，则触发执行所述步骤S42；如果第一判断结果为是，触发执行步骤S47。

S47、将步骤S44中得到所有待测样品光光电流信号进行组合，得到待测样品光光电流信号集；所述待测样品光光电流信号集包括M个待测样品光光电流信号。

可见，实施本发明实施例所描述的光谱测量方法，利用石墨烯费米能级随外加电压调控的物理机制，通过电压控制单元对可调谐石墨烯滤光单元施加预设的电压，待测样品光经过可调谐石墨烯滤光单元的透射光光谱被调制，利用宽谱探测单元得到不同透射谱下的光电流信号信息，实现对待测样品光光电转换。

在又一个可选的实施例中，上述利用光谱重构计算单元对所述待测样品光光电流信号集进行处理，得到待测样品光光谱，包括：

将所述待测样品光光电流信号集组成一个光电流信号列向量。

利用光谱重构计算单元对所述光谱响应矩阵与光电流信号列向量进行处理，得到待测样品光光谱。

可见，实施本发明实施例所描述的光谱测量方法，基于石墨烯滤光单元与宽谱探测单元组合器件的光谱响应矩阵，通过光谱重构计算单元对待测样品光的光电流信号信息进行解算处理，得到待测样品光光谱。

在又一个可选的实施例中，上述利用光谱重构计算单元对所述光谱响应矩阵与光电流信号列向量进行处理，得到待测样品光光谱，包括：

光谱重构计算单元利用岭回归算法模型对所述光谱响应矩阵与光电流信号列向量进行处理，得到光谱数据。

所述岭回归算法模型为：

其中，S为光谱数据，T为光谱响应矩阵，E为单位矩阵，I为光电流信号列向量，α为岭回归系数；T^T表示矩阵T转置。

可见，实施本发明实施例所描述的光谱测量方法，利用岭回归算法模型对光谱响应矩阵与光电流信号信息进行解算，获得待测光谱数据S的估计值。岭回归算法是最小二乘法的一种变体，其额外引入了α倍的待测量S的系数平方求和结果作为正则约束项，使得算法在电压调节级次较少或者光电流噪声较大的情况下仍能保证待测量S估计值的收敛。

在又一个可选的实施例中，上述岭回归系数α的值为可变参数，取值方法为：

利用噪声频谱分析仪和半导体分析仪得到不同工作环境下宽谱探测器信噪比；根据所述宽谱探测器信噪比，从预设的探测器信噪比与岭回归系数对应表中选择岭回归系数α。

可见，实施本发明实施例所描述的光谱测量方法，通过对岭回归系数值的调节，适应了不同探测器噪声条件下待测样品光的测量。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理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权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种微型光谱测量装置，其特征在于，包含可调谐石墨烯滤光单元(1)、电压控制单元(2)、宽谱探测单元(3)、光谱重构计算单元(4)和光谱显示单元(5)；

所述可调谐石墨烯滤光单元(1)包括石墨烯-金属混合超表面(11)与离子凝胶顶栅(12)；所述离子凝胶顶栅(12)粘合在所述石墨烯-金属混合超表面(11)的第一侧面(111)上；

所述离子凝胶顶栅(12)与所述电压控制单元(2)电连接；

所述电压控制单元(2)用于为所述可调谐石墨烯滤光单元(1)提供可控电压；

所述宽谱探测单元(3)紧密贴合在所述可调谐石墨烯滤光单元(1)上；所述宽谱探测单元(3)将透过所述可调谐石墨烯滤光单元(1)的透射光转换为光电流信号；

所述宽谱探测单元(3)包括宽谱光电探测器(31)和读出电路(32)；所述宽谱光电探测器(31)与所述石墨烯-金属混合超表面(11)长宽相同，所述宽谱光电探测器(31)通过微纳加工工艺紧密贴合在所述石墨烯-金属混合超表面(11)的第二侧面(112)上；

所述宽谱探测单元(3)与所述光谱重构计算单元(4)电连接；

所述光谱重构计算单元(4)用于对来自于所述宽谱探测单元(3)的光电流信号信息进行计算处理，得到光谱数据；所述光电流信号信息包括不少于1种的透射光下的光电流信号；

所述光谱重构计算单元(4)与所述光谱显示单元(5)电连接；

所述光谱显示单元(5)用于接收来自于所述光谱重构计算单元(4)的光谱数据，显示光谱分布。

2.根据权利要求1所述的微型光谱测量装置，其特征在于，所述宽谱光电探测器(31)接收透过所述石墨烯-金属混合超表面(11)的光，进行光电转换，生成光电流信号；

所述读出电路(32)与所述宽谱光电探测器(31)电连接，采集所述宽谱光电探测器(31)生成的光电流信号，并传输至所述光谱重构计算单元(4)。

3.根据权利要求1所述的微型光谱测量装置，其特征在于，所述光谱显示单元(5)还显示光谱微分和积分选项。

4.一种光谱测量方法，其特征在于，包括：

S1、获取可调谐石墨烯滤光单元与宽谱探测单元的组合器件的光谱响应度信息；所述光谱响应度信息包括M*N光谱响应度；所述M表征加载在所述可调谐石墨烯滤光单元的控制电压级数；所述N表征波长不同的输入光的个数；所述光谱响应度表示为t(U_m,λ_n)，表征在电压为U_m，输入光波长为λ_n时的光谱响应度；

S2、根据所述光谱响应度信息，构建光谱响应矩阵；

S3、将所述光谱响应矩阵导入光谱重构计算单元；

S4、利用电压控制单元、可调谐石墨烯滤光单元、宽谱探测单元，对待测样品光进行处理，得到待测样品光光电流信号集；具体的：

S41、获取所述光谱响应度信息中M个电压，得到电压集；所述M个电压为所述光谱响应度信息中波长光谱响应度集对应的M个电压；

S42、利用电压控制单元，将所述电压集中任一电压U_m加载到可调谐石墨烯滤光单元；所述m∈{1，…，M}；

S43、将待测样品光会聚后垂直入射到可调谐石墨烯滤光单元表面，得到第m个透射光；

S44、利用宽谱探测单元对所述第m个透射光进行光电转换，生成待测样品光光电流信号I_m；

S45、判断是否已完成电压集中所有电压值的加载，得到第一判断结果；

S46、如果第一判断结果为否，则触发执行所述步骤S42；如果第一判断结果为是，触发执行步骤S47；

S47、将步骤S44中得到所有待测样品光光电流信号进行组合，得到待测样品光光电流信号集；所述待测样品光光电流信号集包括M个待测样品光光电流信号；

S5、利用光谱重构计算单元对所述待测样品光光电流信号集进行处理，得到待测样品光光谱信息；具体的：

将所述待测样品光光电流信号集组成一个光电流信号列向量；

利用光谱重构计算单元和岭回归算法模型对所述光谱响应矩阵与光电流信号列向量进行处理，得到待测样品光光谱；

所述岭回归算法模型为：

其中，S为光谱数据，T为光谱响应矩阵，E为单位矩阵，I为光电流信号列向量，α为岭回归系数；T^T表示矩阵T的转置矩阵；所述岭回归系数α的值为可变参数，取值方法为：利用噪声频谱分析仪和半导体分析仪得到不同工作环境下宽谱探测器信噪比；根据所述宽谱探测器信噪比，从预设的探测器信噪比与岭回归系数对应表中选择岭回归系数α；

S6、利用光谱显示单元,对所述待测样品光光谱信息进行显示处理。

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