CN116202621A - 射频标记光谱仪及光谱测量方法 - Google Patents

射频标记光谱仪及光谱测量方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种射频标记光谱仪，包括：动态色散器件，动态色散器件接收包括两个以上波长分量的光束并且由驱动射频信号进行驱动，动态色散器件基于不同的驱动射频信号将每个波长分量的强度编码为不同拍频射频信号的振幅，其中不同拍频射频信号的拍频等于对应驱动射频信号的频率；单通道光电探测器，单通道光电探测器用于检测所有的拍频射频信号相加形成的拍频射频信号之和；以及处理单元，处理单元用于将拍频射频信号之和进行傅里叶变换以得到光谱或者得到与光谱相关的频谱并且基于该频谱得到所述光谱。

Description

射频标记光谱仪及光谱测量方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年1月3日提交的新加坡专利申请号SG10202200019T的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种光谱仪，尤其涉及一种射频标记光谱仪及光谱测量方法。
背景技术
光谱学在大气科学、食品工业和医学诊断等许多领域有着广泛的应用。光谱学的关键设备是光谱仪，通过它可以获得光谱数据以供后续分析。通常，优选能够高速光谱测量的光谱仪，特别是用于研究动态现象。根据工作原理，目前可用的光谱仪可大致分为以下几类。
第一种类型基于入射光的角色散，使用例如棱镜、光栅或声光滤光器的色散元件。使用例如照相机的多通道探测器来同时测量所有波长分量，或者使用诸如光电二极管的单通道探测器来顺序地测量每个波长分量。单通道探测器或多通道探测器的每个通道每次仅接收一个波长的光线。
第二种类型基于波长复用测量、以及通过例如阿达玛变换和压缩传感数学变换，来实现光谱重建。不是每次测量一个波长的光强度，这种光谱仪而是每次测量一个系数，其中每个系数是所有波长的光强度的加权总和。
第三种类型是基于光相干性的测量。入射光自身干涉，但在不同的时间或光路长度延迟后，产生干涉图，其傅立叶变换是所需光谱。可以顺序地或同时地实现多个光路长度的延迟，并且分别使用光电二极管或照相机记录干涉图。
通常，在这些技术中，将测量过程从一个波长分量或一个系数顺序地切换到另一个，速度缓慢。此外，在同时测量所有波长分量或系数的技术中，通常使用直流(DC)检测，其受到信号漂移和噪声的影响，从而限制了测量速度。
第四种类型是基于光的时间色散，即每种波长的光脉冲在诸如光纤的色散介质中通过相同距离传播不同的时间。该原理用于将光从光谱域转换到时域，即时间拉伸色散傅立叶变换，并使用快速单通道探测器记录脉冲源的光谱。
最近，近场光的时间色散被用于从量子点检索荧光光谱。通过使用内置的受激拉曼散射的光放大器，这种时间色散技术非常灵敏且快速。不幸的是，这种方法只适用于脉冲光，限制了该方法的应用，例如不能用于连续波的光线盛行的许多常见应用。对于连续波光谱测量，基于光谱仪和CCD/CMOS传感器的商用光谱仪可以达到数百千赫兹的速度，主要用于光学相干层析成像(OCT)应用。该理论速度受CCD/CMOS传感器帧速率的限制，而实际测量速度通常受信噪比的限制。
发明内容
为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种射频标记光谱仪及光谱测量方法。
根据本公开的一个方面，提供了一种射频标记光谱仪，包括：动态色散器件，所述动态色散器件接收包括两个以上波长分量的光束并且由驱动射频信号进行驱动，所述动态色散器件基于不同的驱动射频信号将每个波长分量的强度编码为不同拍频射频信号的振幅，其中所述不同拍频射频信号的拍频等于相应驱动射频信号的频率；单通道光电探测器，所述单通道光电探测器用于检测所有的拍频射频信号相加形成的拍频射频信号之和；以及处理单元，所述处理单元用于将所述拍频射频信号之和进行傅里叶变换以得到光谱、或者得到与光谱相关的频谱并且基于该频谱得到所述光谱。
根据本公开的至少一个实施方式的射频标记光谱仪，对所述与光谱相关的频谱进行数学运算以去除色散效率的因素来求出所述光谱。
根据本公开的至少一个实施方式的射频标记光谱仪，还包括光束选择装置，所述光束选择装置用于从所述动态色散器件的输出光束中选择特定光束以使所选光束的每个波长有唯一的编码。
根据本公开的至少一个实施方式的射频标记光谱仪，所述光束选择装置为空间滤波器，所述空间滤波器用于对所述动态色散器件的输出光束进行过滤，以便选择特定光束以使所选光束的每个波长有唯一的编码。
根据本公开的至少一个实施方式的射频标记光谱仪，所述动态色散器件为声光偏转器。
根据本公开的至少一个实施方式的射频标记光谱仪，还包括射频放大器，所述射频放大器用于向所述声光偏转器提供所述驱动射频信号，其中所有的波长分量的驱动射频信号被同时施加到所述声光偏转器。
根据本公开的至少一个实施方式的射频标记光谱仪，还包括可编程任意函数发生器，所述可编程任意函数发生器用于提供与每个波长分量分别对应唯一的驱动射频信号。
根据本公开的至少一个实施方式的射频标记光谱仪，每个波长分量的光束经由所述声光偏转器分别分成一阶衍射光束和零阶透射光束，所有的波长分量的一阶衍射光束形成为组合一阶光束，所有的波长分量的零阶透射光束形成为组合零阶光束，所述组合一阶光束与所述组合零阶光束相互干涉，从而每个波长分量产生具有唯一拍频的拍频射频信号。
根据本公开的至少一个实施方式的射频标记光谱仪，所述组合零阶光束通过第一反射镜导向分束器，所述组合一阶光束通过第二反射镜与第三反射镜导向所述分束器，所述组合一阶光束与所述组合零阶光束相互干涉后形成第一干涉光束和第二干涉光束，其中所述第一干涉光束通过第四反射镜与第五反射镜导向聚焦透镜，并且所述第二干涉光束从所述分束器导向所述聚焦透镜，所述第一干涉光束和第二干涉光束通过聚焦透镜后聚焦至所述单通道光电探测器。
根据本公开的至少一个实施方式的射频标记光谱仪，所述第一干涉光束和第二干涉光束的射频分量达到所述单通道光电探测器时为同相的。
根据本公开的至少一个实施方式的射频标记光谱仪，根据每个波长分量来选择不同的驱动射频信号。
根据本公开的至少一个实施方式的射频标记光谱仪，所述单通道光电探测器为单通道雪崩光电探测器。
根据本公开的另一方面，提供了一种射频标记光谱测量方法，包括：通过动态色散器件接收包括两个以上波长分量的光束；通过驱动射频信号驱动所述动态色散器件，以便使得所述动态色散器件基于不同的驱动射频信号将每个波长分量的强度编码为不同拍频射频信号的振幅；通过单通道光电探测器检测所有的拍频射频信号相加形成的拍频射频信号之和；以及将所述拍频射频信号之和进行傅里叶变换以得到光谱、或者得到与光谱相关的频谱并且基于该频谱得到所述光谱。
根据本公开的至少一个实施方式的方法，还包括：对所述与频谱进行数量运算以去除色散效率的因素来求出所述光谱。
根据本公开的至少一个实施方式的方法，还包括：从所述动态色散器件输出光束中选择特定光束以使所选光束的每个波长有唯一的编码。
根据本公开的至少一个实施方式的方法，通过空间滤波器对所述动态色散器件的输出光束进行选择，以便选择特定光束以使所选光束的每个波长有唯一的编码。
根据本公开的至少一个实施方式的方法，还包括根据所述光束的波长分量来选择不同的驱动射频信号，从而仅测量感兴趣的波长分量。
根据本公开的至少一个实施方式的方法，还包括根据所述光束的波长分量来计算不同的驱动射频信号，以便将所计算的驱动射频信号提供至所述动态色散器件。
根据本公开的至少一个实施方式的方法，每个波长分量的光束经由所述动态色散器件分别分成一阶衍射光束和零阶透射光束，所有的波长分量的一阶衍射光束形成为组合一阶光束，所有的波长分量的零阶透射光束形成为组合零阶光束，所述组合一阶光束与所述组合零阶光束相互干涉，从而每个波长分量产生具有唯一拍频的拍频射频信号。
根据本公开的至少一个实施方式的方法，所述组合零阶光束通过第一反射镜导向分束器，所述组合一阶光束通过第二反射镜与第三反射镜导向所述分束器，所述组合一阶光束与所述组合零阶光束相互干涉后形成第一干涉光束和第二干涉光束，其中所述第一干涉光束通过第四反射镜与第五反射镜导向聚焦透镜，并且所述第二干涉光束从所述分束器导向所述聚焦透镜，所述第一干涉光束和第二干涉光束通过聚焦透镜后聚焦至所述单通道光电探测器。
根据本公开的至少一个实施方式的方法，所述第一干涉光束和第二干涉光束被控制为所述第一干涉光束和第二干涉光束的射频分量达到所述单通道光电探测器时为同相的。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是根据本公开实施方式的射频标记光谱仪的示意图。
图2是根据本公开的一个实施例的射频标记光谱仪的原理图。
图3是根据本公开实施方式的射频标记光谱测量方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
根据本公开的一个实施方式，提供了一种射频标记光谱仪。图1示出了根据本公开一个实施方式的射频标记光谱仪的示意图。
如图1所示，该射频标记光谱仪10可以包括动态色散器件100、单通道光电探测器200、和处理单元300。射频标记光谱仪10用于测量宽带光源的连续波光或者多线光源的多线波的光谱。通过射频测量方式，该射频标记光谱仪10可以达到数兆赫兹的速度并且信噪比提高。
动态色散器件100可以根据驱动信号的指令来对接收的光束进行衍射从而形成衍射光束。动态色散器件100可以接收两个以上波长分量的光束并且由驱动射频信号进行驱动。在本文中，术语“波长分量”表示光束中特定波长或者特定波长范围的分量。动态色散器件100可以基于不同的驱动射频信号将每个波长分量的强度编码为不同拍频射频信号的振幅。不同拍频射频信号的拍频等于不同驱动射频信号的频率。
在本公开中，动态色散器件可以为动态衍射光栅、以及能够与动态衍射光栅发挥相同或相似作用的其他器件。作为一个示例，动态色散器件100可以为声光偏转器。声光偏转器可以由射频放大器提供的驱动射频信号进行驱动。可编程任意函数发生器可以用于向射频放大器提供驱动射频信号。所提供的驱动射频信号可以分别与每个波长分量分别对应，也就是说，每个波长分量分别对应于唯一的驱动射频信号。例如当光束包括三个波长分量时，声光偏转器可以通过三种不同的驱动射频信号进行驱动。三种驱动射频信号分别对应于三个波长分量。第一驱动射频信号将第一波长分量的光强编码为第一拍频射频信号的振幅，第二驱动射频信号第二波长分量的光强编码为第二拍频射频信号的振幅，第三驱动射频信号第三波长分量的光强编码为第三拍频射频信号的振幅。第一拍频射频信号的拍频等于第一驱动射频信号的频率，第二拍频射频信号的拍频等于第二驱动射频信号的频率，第三拍频射频信号的拍频等于第三驱动射频信号的频率。在本公开中，可以通过编程驱动射频信号来选择波长分量，从而可以检测包括最有用信息的光谱的一部分。
射频放大器可以将所有的波长分量的驱动射频信号被同时施加到声光偏转器。单通道光电探测器200检测所有的拍频射频信号相加形成的拍频射频信号之和。作为一个示例，单通道光电探测器200可以为单通道雪崩光电探测器。处理单元300可以用于将拍频射频信号之和进行傅里叶变换以得到光谱。此外，还可以将拍频射频信号之和进行傅里叶变换来求出与光谱有关的频谱，其中可以进行数学运算(例如通过线性逆运算)去除色散效率的因素来求出光谱。
根据本公开的一个实施方式，射频标记光谱仪还可以包括光束选择装置。该光束选择装置可以从动态色散器件100的输出光束中选择特定光束，以便使得所选择的光束中的每个波长都有唯一的编码。在本公开中，该光束选择装置可以为空间滤波器，例如由透镜和针孔构成的空间滤波器，或者由透镜及与针孔发挥相同作用的结构或装置构成的空间滤波器。
当一个波长分量的光束通过由对应的驱动射频信号驱动的声光偏转器110时，由于声波波前(acoustic wavefront)引起的布拉格衍射，光束分为一阶衍射光束和零阶透射光束(为了简化，省略了更弱的高阶衍射)，一阶衍射光束继承了提供至声光偏转器的驱动射频信号的频移。当一阶衍射光束和零阶透射光束相互干涉时，产生AC信号(拍频射频信号)。该AC信号的拍频等于驱动射频信号的频率且该AC信号振幅I1与光强度成比例，如公式1所示。
Figure SMS_1
其中I是光强度，η是声光偏转器的衍射效率，ω是驱动射频信号的频率，
Figure SMS_2
是由一阶衍射光束和零阶透射光束之间的光路长度差所产生的相位差。
对于诸如包括两个以上波长分量的宽带光束或多线光束，针对光束中的每个波长分量分别计算唯一的驱动射频信号，使得当所有驱动射频信号同时施加时，所有波长分量被衍射到相同方向以形成组合的一阶衍射光束，并且被透射以形成组合的零阶透射光束。然后，组合的一阶衍射光束干涉组合的零阶透射光束。每个波长分量产生具有唯一拍频的AC信号(拍频射频信号)。这样，每个AC信号的拍频等于相应驱动射频信号的频率，每个波长分量的强度与AC信号的振幅成比例，如公式2所示。
Figure SMS_3
其中I1'是所有AC信号的振幅之和，I是光强度，η是声光偏转器的衍射效率，m是波长分量的数量，ωm是第m个驱动射频信号的频率，
Figure SMS_4
是由第m个一阶衍射光束和零阶透射光束之间的光路长度差所产生的相位差，λm为第m个波长分量的波长。
对于作为时域信号的AC信号，可以通过傅里叶变换来恢复频谱。由于每个波长分量的AC信号分别具有各自的拍频，因此可以在单通道光电探测器同时接收所有的AC信号之后，能够通过各自拍频来分辨多个波长分量，从而实现高速光谱测量。本公开的射频标记光谱仪在射频范围内进行AC检测可以更有效地抵抗1/f噪声和信号漂移。另外，射频标记光谱仪可以作为一个可编程滤波器，仅测量感兴趣的波长分量，从而提高测量速度。例如，控制声光偏转器的驱动射频信号，以便在声光偏转器接收到多个波长分量的情况下，仅使得多个波长分量中的一部分波长分量进行衍射，从而选择感兴趣的波长分量。另外，根据本公开的实施例，可以根据光束的波长分量来计算控制声光偏转器的驱动射频信号。
图2示出了根据本公开的一个实施例的射频标记光谱仪的原理图。如图2所示，该射频标记光谱仪可以包括声光偏转器110、第一反射镜组件、分束器400、第二透镜组件、聚焦透镜500、和单通道光电探测器200。
声光偏转器110可以用于接收包括两个以上波长分量的光束。如图2所示，该射频标记光谱仪可以包括空间滤波器600。空间滤波器600用于对来自光源的输入光束进行过滤。空间滤波器600可以包括一对消色差透镜610和针孔620。一对消色差透镜610的第一透镜611和第二透镜612之间可以设置针孔620。空间滤波器600还可以用于扩展输入光束，以便完全填充声光偏转器110的孔径。空间滤波器600输出的光束为可以包括两个以上波长分量的光束。
声光偏转器110可以由射频放大器进行驱动，该射频放大器可以由可编程任意函数发生器提供驱动射频信号，并且将驱动射频信号提供至声光偏转器110。提供至声光偏转器110的驱动射频信号可以为不同的驱动射频信号，每个驱动射频信号分别对应于不同的波长分量，以便声光偏转器110基于不同的驱动射频信号将每个波长分量的强度编码为不同拍频射频信号的振幅。
声光偏转器110的输出可以包括零阶透射光束21(无频移)和一阶衍射光束22(其频移等于驱动射频信号的频率)。第一反射镜组件用于将零阶透射光束21和一阶衍射光束22反射至分束器400。第一反射镜组件可以包括第一反射镜710、第二反射镜720和第三反射镜730。第一反射镜710用于将零阶透射光束21反射至分束器400。第二反射镜720和第三反射镜730用于将一阶衍射光束22反射至分束器400。第一反射镜710、第二反射镜720和第三反射镜730配置成使得零阶透射光束21和一阶衍射光束22之间的光路差最小，以便分束器400能够产生最大的干涉。
如上面描述的，不同的驱动射频信号同时提供至声光偏转器110，这样声光偏转器110所输出的零阶透射光束21为不同波长分量的零阶透射光束的组合零阶光束，所输出的一阶衍射光束22为不同波长分量的一阶衍射光束的组合一阶光束。分束器400用于对组合零阶光束和组合一阶光束进行重新组合，并且形成第一干涉光束31和第二干涉光束32。第二干涉光束32从分束器400直接传播至聚焦透镜500。第一干涉光束31经由第二反射镜组件的第四反射镜740和第五反射镜750反射至聚焦透镜500。第一干涉光束31和第二干涉光束32经过聚焦透镜500聚焦至单通道光电探测器200。单通道光电探测器200用于检测所有的拍频射频信号相加形成的拍频射频信号之和。在本申请中，第一干涉光束31的光路长度通过移动第四反射镜740和第五反射镜750来调节，从而确保第一干涉光束31和第二干涉光束32的射频分量在达到单通道光电探测器200时是同相的，以便使得组合的相干信号的振幅最大。当第一干涉光束31和第二干涉光束32的光路长度差大于是射频信号中心波长的整数倍时，可以实现这一点。在图2的实施例中，透镜500和单通道光电探测器200的探测区域可以构成光束选择装置。单通道光电探测器200的探测区域的尺寸设置成与针孔的尺寸相同或者相似，从而该光束选择装置可以从接收的光束中选择特定的光束以使所选光束中的每个波长具有唯一的编码。另外，也可以设置其他的光束选择装置。该光束选择装置配置成接收声光偏转器100所输出的光束，并且选择特定光束以便使得所选光束中的每个波长具有唯一的编码。该光束选择装置可以为透镜和针孔构成的空间滤波器。
作为处理单元的数字转换器310连接单通道光电探测器200的输出，用于将拍频射频信号之和进行傅里叶变换以得到光谱。
根据本公开的射频标记光谱仪，采用不同的射频来标记每个波长的光，来实现快速的光谱测，能到达到兆赫兹的速度，并且能够提供信噪比。该射频标记光谱仪可以在气溶胶颗粒尺寸测量、流式细胞术、反应检测等各种应用中具有巨大的潜力。
根据本公开的射频标记光谱仪，频率分辨率(即射频方面的频谱分辨率)被启发式地定义为扫描探测器上的零阶透射光束上的一阶衍射光束所需的射频范围ΔF。在假设系统中使用的光学器件是理想的情况下，根据声光偏转器的原理，可以使用公式3的左侧估计射频范围ΔF的扫描的位移范围，可以使用公式3的右侧估计探测器的零阶透射光束的直径，其中f是聚焦透镜的焦距，Va是声光偏转器内超声波的速度，λ是波长，M2和D分别是入射准直光束的光束质量因子和直径。
Figure SMS_5
将方程公式3中除ΔF之外的所有项移到右侧，射频标记光谱仪的频率分辨率如公式4所示。
Figure SMS_6
根据公式4，正是聚焦透镜之前的入射光束参数和超声波速度Va决定了射频标记光谱仪的分辨率。
聚焦透镜参数(例如焦距)理论上不影响分辨率。这不同于传统的基于单色仪的光谱仪，射频标记光谱仪的光谱分辨率可根据公式5进行估算，其中ΔL是入口或出口狭缝的宽度(以较大者为准)，d是光栅的凹槽间距，f是聚焦透镜的焦距，m是衍射阶数。
Figure SMS_7
由于当超声波在声光偏转器的内部传播时，声光偏转器充当移动光栅，因此该移动光栅的凹槽间距dAOD等于超声波的波长λa，如公式6所示，其中F是驱动声光偏转器的驱动射频信号的频率。
Figure SMS_8
将F移到另一边就会得到Va＝FdAOD公式7。
将公式7代入公式4得到公式8。可以看出，射频标记光谱仪的分辨率与移动光栅的凹槽间距dAOD成比例，这与基于单色仪的光谱仪类似。
Figure SMS_9
由于声光偏转器内的衍射遵循公式9，其中θ是一阶衍射光束的衍射角，通过将F移动到公式9中的另一侧并在两侧进行微分，可以将Δλ和ΔF之间的关系导出为公式10。将公式8代入公式10得到公式11，这是射频标记光谱仪在波长方面的分辨率。可以看出，该分辨率与凹槽间距成正比。
Figure SMS_10
Figure SMS_11
Figure SMS_12
从公式11可以看出，可以通过使用良好准直的光束和具有大孔径的声光偏转器可以提高波长分辨率。由于
Figure SMS_13
假设Va是固定的，更高的射频频率将产生更好的光谱分辨率。例如如图2所示，射频标记光谱仪可以包括准直器800，其例如可以是光线准直器等，用于准直入射光束。
由于通过傅里叶变换获得光谱，数据采集时间决定了可以解析的频率间隔。给定期望的频率间隔，数据采集时间应设置为等于或大于频率间隔的倒数，以便可以恢复所有频率分量。当数据采集时间设置为频率间隔的倒数时，射频标记光谱仪在该频率间隔达到最大速度。频率间隔越大，可以使用的数据采集时间越短，速度越快。因此，射频标记光谱仪的速度限制取决于恢复待测光谱所需的期望频率间隔。由于能够通过编程驱动射频信号来选择感兴趣的波长，射频标记光谱仪提供了极大的灵活性，可以检测包含最有用信息的部分光谱，从而实现高达数百万赫兹的最大速度。
射频标记光谱仪配备有动态色散器件，例如声光偏转器。以声光偏转器为例进行说明，声光偏转器通常具有超过80％的衍射效率，这与光栅的衍射效率非常接近。当声光偏转器的驱动射频信号包含单个射频分量时，只有一个具有单个波长的一阶衍射光束到达单通道光电探测器，因此射频标记光谱仪的吞吐量与常规光谱仪相当。当声光偏转器的驱动信号包含多个驱动射频信号时，多个具有不同波长的一阶衍射光束同时到达单通道光电探测器。在这种情况下，虽然每个波长的光被分散成许多不同的一阶衍射光束，每个光束对应于一个射频，因此当这些光束中只有一个到达单通道光电探测器时被显著衰减，但同时检测每个不同波长的多个光束可以补偿光功率。
根据本公开的进一步实施方式，提供了一种射频标记光谱测量方法。
图3示出了根据本公开的测量方法，可以包括以下内容。其中，上面描述的相应内容可以并入测量方法的描述中。为了简洁起见，重复的内容将不再进行描述。
在步骤S102中，通过动态色散器件接收包括两个以上波长分量的光束。其中所接收的两个以上波长分量的光束可以为准直光束，并且可以为经由空间滤波器滤波后的光束。
在步骤S104中，通过驱动射频信号驱动动态色散器件，以便使得动态色散器件基于不同的驱动射频信号将每个波长分量的强度编码为不同拍频射频信号的振幅。每个波长分量分别对应于唯一的驱动射频信号。所有的波长分量的驱动射频信号被同时施加到动态色散器件。在本公开中，可以根据光束的波长分量来选择不同的驱动射频信号，从而可以经测量感兴趣的波长分量，这样可以提高测量速度。另外可以根据光束的波长分量来计算所需的驱动射频信号，从而将计算的驱动射频信号提供至动态色散器件。
在步骤S106中可以使用单通道光电探测器检测所有的拍频射频信号相加形成的拍频射频信号之和。在步骤S108中，可以将拍频射频信号之和进行傅里叶变换以得到光谱。此外，在步骤S108中，还可以将拍频射频信号之和进行傅里叶变换来求出与光谱有关的频谱，其中可以对与光谱有关的频谱进行数学运算去除色散效率的因素来求出光谱。
在本公开中，可以从动态色散器件输出光束中选择特定光束以使所选光束中的每个波长有唯一的编码。如上所述，特定光束的选择可以通过空间滤波器来实现。
在本公开中，每个波长分量的光束经由动态色散器件分别分成一阶衍射光束和零阶透射光束，所有的波长分量的一阶衍射光束形成为组合一阶光束，所有的波长分量的零阶透射光束形成为组合零阶光束，组合一阶光束与组合零阶光束相互干涉，从而每个波长分量产生具有唯一拍频的拍频射频信号。组合零阶光束通过第一反射镜导向分束器，组合一阶光束通过第二反射镜与第三反射镜导向分束器，组合一阶光束与组合零阶光束相互干涉后形成第一干涉光束和第二干涉光束，其中第一干涉光束通过第四反射镜与第五反射镜导向聚焦透镜，并且第二干涉光束从分束器导向聚焦透镜，第一干涉光束和第二干涉光束通过聚焦透镜后聚焦至单通道光电探测器。第一干涉光束和第二干涉光束被控制为第一干涉光束和第二干涉光束的射频分量达到单通道光电探测器时为同相的。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种射频标记光谱仪，其特征在于，包括：
动态色散器件，所述动态色散器件接收包括两个以上波长分量的光束并且由驱动射频信号进行驱动，所述动态色散器件基于不同的驱动射频信号将每个波长分量的强度编码为不同拍频射频信号的振幅，其中所述不同拍频射频信号的拍频等于相应驱动射频信号的频率；
单通道光电探测器，所述单通道光电探测器用于检测所有的拍频射频信号相加形成的拍频射频信号之和；以及
处理单元，所述处理单元用于将所述拍频射频信号之和进行傅里叶变换以得到光谱、或者得到与光谱相关的频谱并且基于该频谱得到所述光谱。
2.如权利要求1所述的射频标记光谱仪，其特征在于，还包括光束选择装置，所述光束选择装置用于从所述动态色散器件的输出光束中选择特定光束以使所选光束中的每个波长有唯一的编码。
3.如权利要求2所述的射频标记光谱仪，其特征在于，所述光束选择装置为空间滤波器，所述空间滤波器用于对所述动态色散器件的输出光束进行选择，以便选择特定光束以使所选光束中的每个波长有唯一的编码。
4.如权利要求1所述的射频标记光谱仪，其特征在于，
可选地，所述动态色散器件为声光偏转器；
可选地，还包括射频放大器，所述射频放大器用于向所述声光偏转器提供所述驱动射频信号，其中所有的波长分量的驱动射频信号被同时施加到所述声光偏转器；
可选地，还包括可编程任意函数发生器，所述可编程任意函数发生器用于提供与每个波长分量分别对应唯一的驱动射频信号。
5.如权利要求1至4中任一项所述的射频标记光谱仪，其特征在于，
可选地，每个波长分量的光束经由所述声光偏转器分别分成一阶衍射光束和零阶透射光束，所有的波长分量的一阶衍射光束形成为组合一阶光束，所有的波长分量的零阶透射光束形成为组合零阶光束，所述组合一阶光束与所述组合零阶光束相互干涉，从而每个波长分量产生具有唯一拍频的拍频射频信号；
可选地，所述组合零阶光束通过第一反射镜导向分束器，所述组合一阶光束通过第二反射镜与第三反射镜导向所述分束器，所述组合一阶光束与所述组合零阶光束相互干涉后形成第一干涉光束和第二干涉光束，其中所述第一干涉光束通过第四反射镜与第五反射镜导向聚焦透镜，并且所述第二干涉光束从所述分束器导向所述聚焦透镜，所述第一干涉光束和第二干涉光束通过聚焦透镜后聚焦至所述单通道光电探测器。
6.如权利要求1至5中任一项所述的射频标记光谱仪，其特征在于，
可选地，所述第一干涉光束和第二干涉光束的射频分量达到所述单通道光电探测器时为同相的；
可选地，根据每个波长分量来选择不同的驱动射频信号；
可选地，所述单通道光电探测器为单通道雪崩光电探测器。
7.一种射频标记光谱测量方法，其特征在于，包括：
通过动态色散器件接收包括两个以上波长分量的光束；
通过驱动射频信号驱动所述动态色散器件，以便使得所述动态色散器件基于不同的驱动射频信号将每个波长分量的强度编码为不同拍频射频信号的振幅；
通过单通道光电探测器检测所有的拍频射频信号相加形成的拍频射频信号之和；以及
将所述拍频射频信号之和进行傅里叶变换以得到光谱、或者得到与光谱相关的频谱并且基于该频谱得到所述光谱。
8.如权利要求7所述的射频标记光谱测量方法，其特征在于，
可选地，对所述频谱进行数学处理以去除色散效率的因素来求出所述光谱；
可选地，还包括：从所述动态色散器件输出光束中选择特定光束以使所选光束中的每个波长有唯一的编码；
可选地，通过空间滤波器对所述动态色散器件的输出光束进行选择，以便选择特定光束以使所选光束中的每个波长有唯一的编码；
可选地，还包括根据所述光束的波长分量来选择不同的驱动射频信号，从而仅测量感兴趣的波长分量。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，还包括根据所述光束的波长分量来计算不同的驱动射频信号，以便将所计算的驱动射频信号提供至所述动态色散器件。
10.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，
可选地，每个波长分量的光束经由所述动态色散器件分别分成一阶衍射光束和零阶透射光束，所有的波长分量的一阶衍射光束形成为组合一阶光束，所有的波长分量的零阶透射光束形成为组合零阶光束，所述组合一阶光束与所述组合零阶光束相互干涉，从而每个波长分量产生具有唯一拍频的拍频射频信号；
可选地，所述组合零阶光束通过第一反射镜导向分束器，所述组合一阶光束通过第二反射镜与第三反射镜导向所述分束器，所述组合一阶光束与所述组合零阶光束相互干涉后形成第一干涉光束和第二干涉光束，其中所述第一干涉光束通过第四反射镜与第五反射镜导向聚焦透镜，并且所述第二干涉光束从所述分束器导向所述聚焦透镜，所述第一干涉光束和第二干涉光束通过聚焦透镜后聚焦至所述单通道光电探测器；
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