[实用新型]一种光纤束光谱仪

说明书

【技术领域】

本实用新型属于光谱辐射测量领域，具体涉及一种使用阵列探测器的光纤束光谱仪。 

【背景技术】

光谱学是测量紫外、可见、近红外、红外波段等光强度的一种技术。光谱测量的应用范围非常广泛，如颜色测量、化学成份的浓度测量、电磁辐射分析、光源发光和航空航天光谱分析等。 

光纤束光谱仪通常采用光纤束作为光信号接收耦合器件，由于其使用方便已被广泛地应用于采用阵列探测器的快速光谱仪中，其基本原理为：由多根光纤组成的光纤束作为光信号输入元件，将被测光信号引入光谱仪暗箱中，来自光纤束输出端的光信号首先经过一个入射狭缝，穿过入射狭缝的部分光束照射到色散元件上进行分光，然后色散光被会聚到达阵列探测器，被阵列探测器接收和检测，从而得到被测光的光谱信息。其中，入射狭缝是光纤束光谱仪所必不可少的关键部件，从光谱仪的成像关系上来看，阵列探测器的像素上接收到的光谱就是入射狭缝在该光谱下的单色像。 

然而，现有的光纤束光谱仪存在以下缺陷：入射狭缝仅使很从光纤或光纤束出射的少量光线进入光谱仪暗箱内参与测量，而绝大部分的取样光信号是不参与测量的，导致光谱仪的灵敏度较低，这个问题在测量弱光时显得特别突出，会带来较大的测量误差，而且低灵敏度意味着在测量中探测器的积分时间一般较长，同时还容易带来非线性和暗噪声等较大的误差。 

此外，现有的光纤束光谱仪仅能测量被测目标局部区域内的平均光谱信息，功能单一，根本无法通过一次测量得到多个目标的光谱信息，例如二维空间内各点的光谱功率分布，即二维光谱图像，或者来自于不同光学取样装置的光信号光谱功率分布。若要用现有光纤束光谱仪测量图像光谱，则必须要用机械的方法逐点扫描测量，测量时间相当长，而且逐点扫描测量对于对准的要求很高，精确的逐点扫描成本很极高，时间很长。现有的图像光谱仪(高光谱仪)虽然能够测量二维光谱图像，但也不是一次取样实现测量的，必须通过扫描机构(如飞机或航天器的飞行等)逐点或逐行扫描测量或者，通过在测量光路上切换一系列的窄带光谱滤光片来实现二维光谱图像的测量。以上几种方式，同样存在成本高，测量时间长的问题，若被测目标的发光随时间变化较快，则根本不能得到精确的光谱图像。 

【实用新型内容】

为了克服现有技术中的上述缺陷，本实用新型旨在提供一种灵敏度高、杂散光和暗噪声、测量精度高的光纤束光谱仪，同时还可以灵活设计，实现多波段光谱仪、图像光谱仪等测量 功能。 

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案： 

一种光纤束光谱仪，其特征在于：包括由多根光纤组成的光纤束、暗箱、色散元件和阵列探测器，所述的色散元件和阵列探测器设置于暗箱内，光纤束为光信号接收元件，或者成为光信号输入元件，光纤束的输入端与一个光学取样装置相连，采集要测量的光信号，光纤束的输出端固定设置于暗箱的色散元件的入射光路上，所述的光纤束的输出端中包含两个或两个以上的光纤单元，每个光纤单元由一根或一根以上光纤组成，并且输出端的光纤单元编排成长条的光狭缝，光纤束的输出端和色散元件之间不另设置入射狭缝，光狭缝直接成为光纤束光谱仪的入射狭缝。 

本实用新型的技术方案中，通过将光纤束输出端的编排形成光狭缝，并固定设置于入射光路上，直接成为光谱仪的入射狭缝，从光狭缝出射的光可全部耦合到色散元件上，此过程中进入光纤束输入端的光信号几乎全部入射到色散元件上，其光能量损失大幅减小，阵列探测器接收到的光信号大幅增强，光纤束光谱仪的灵敏度也相应大幅增强，因此，线性误差和暗噪声误差也可以大幅减小，整体测量精度大幅提高。 

光纤束由多根光纤组成，在现代光纤技术中单根光纤的尺寸、形状以及多根光纤的编排都能够很好地控制。在多光纤形成的光纤束中，输入端和输出端的光纤完全可以按需要编排到明确的一一对应定位关系，而且输入端和输出端能够较为方便地编排成任意指定的所需要的形状。本实用新型中所述的光纤单元是对光纤的有序划分和编码，光纤单元的划分方式如下：在光纤束输出端的光狭缝上，沿缝向将光纤束划分成指定等份，每个等份称为一个光纤单元，因此，一根光纤可以为一个光纤单元，或者多个光纤组成一个光纤单元。必须明确的是，光纤束中的输出端的光纤单元和光纤束输入端的光纤单元是一一对应的确定的位置关系。