[发明专利]一种光谱仪

说明书

技术领域

本发明属于光辐射测量领域，具体涉及一种光谱仪。

背景技术

光谱仪用来测量分析光谱辐射功率分布的光谱组成的设备，广泛应用于光源辐射测量、颜色测量、元素鉴定、化学分析等领域。常用的光谱仪包括单色仪和多色仪（多通道光谱仪、阵列式快速光谱仪等），采用多通道探测器的阵列光谱仪具有毫秒级的测量速度，近年来发展迅速，应用也越来越广泛。

杂散光指标是阵列光谱仪的重要指标，针对阵列光谱仪，杂散光是指照射在某个特定波长点所对应的象元上的其他光谱成分，其大小决定着阵列光谱仪的测量准确度。现有的阵列一般通过整段方式测量，即一次测量即可获得整个待测波段的光谱功率分布，这种测量方法虽然测试速度快，成本也较低，但杂散光较大，准确度相对较低。此外，光谱仪的带宽、能量利用率、灵敏度、波长分辨率对于测试结果的影响也较大。

为了减小杂散光，公开号为CN101324468B的专利公开了一种利用带通色轮进行逐段测量的技术方案，通过转动带通色轮将不同导通波段的滤色片切入光路，从而将不同的波段导入到光路中进行测量。这种测量方式可对每段光谱准确测量，测量准确度高，但由于每次测量均需要切换滤色片，耗时较长，测试速度慢；而且所有被测光一次均被引入到光谱仪内部，虽然在光栅分光前采用的导通滤色片，仍会有较多的非期望反射带来杂散光，影响测量准确度。更为重要的是，对于同一个光谱仪，阵列探测器上的测量波段已经确定，即波长的细分程度也已经确定。该技术方案利用同一个光谱仪测量不同波段的光线，每次测量时，阵列探测器仅能被利用其中的较少部分，不能被充分利用，例如，整个待测波段的波长范围为380nm~780nm，阵列探测器上各个像素上的测量波长已经确定，在测量380nm~480nm波段时，仅较少部分的像素点参与光线响应，其它像素点不参与响应，像素点不能被充分利用。

公告号为“CN 201476880U”公开了由多个单色仪组成的一种光谱仪，各个单色仪分别输出不同波段的单色光，且输出的单色光波段首尾交叠。每个单色仪实际工作时，均通过转动光栅输出不同波长的单色光，不仅耗时长；且如上所述，所有被测光线一次性引入到单色仪内部，引入大量杂散光，测量准确度较低。

此外，由于光栅的零级光谱能量最大但不能发生色散，光谱仪实际测量的是光栅发生色散的一级光谱，但由于其能量较低，限于探测器的灵敏度，往往需要较大能量的入射光，才能保证一级光谱被探测器探测到，能量利用率较低；但入射光能量增大，其零级光谱以及其它级次的光谱的能量也更大，光谱仪内部的杂散光也更多，影响测量的准确度。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种高精度阵列光谱仪，该光谱仪仅需一次测量，即可通过逐段测量的方式高精度地实现整个待测波段光谱的测量，大幅降低了杂散光干扰水平，具有速度快、测量准确度高、波长精度高、能量利用率高、操作方便等特点。

本发明所述的一种光谱仪是通过以下技术方案实现的。一种光谱仪，其特征在于，包括光束分离器以及两个或者两个以上阵列光谱仪，所述的光束分离器包括一个光输入端口、两个或者两个以上的光输出端口，光输出端口与阵列光谱仪的数目相等且一一对应，各个阵列光谱仪的测量波段首尾相接且覆盖整个待测波段；各个光输出端口将待测光线导入到对应的阵列光谱仪中，各个阵列光谱仪接收和测量不同波段的光线。

本发明公开了包括多个一一对应的光输出端口和阵列光谱仪，测量光束从光纤输入端口输入，光束分离器将光束分为多束，每束光线分别入射到不同的阵列光谱仪中进行测量。由于各个阵列光谱仪的测量波段首尾相接且覆盖整个待测波段，即待测波段被分为多个波段，对每个波段逐段测量，每个波段测得的结果合并即可得到整个待测波段的光谱功率分布。本技术方案通过测量波段不同的阵列光谱仪对各个波段精确测量，仅需一次测量即可通过逐段测量即可获得整个待测波段的光谱功率分布，测量速度快、准确度高且操作方便；相比于同一测量范围的阵列光谱仪，该阵列光谱仪具有不同的测量范围，其内部的阵列探测器仅测量部分波段的光线，阵列探测器的同一像素上分布的波长范围更小，即波长细分度更高，测量准确度也更高。

本发明还可以通过以下技术方案进一步限定和完善。

作为一种技术方案，所述的阵列光谱仪包括入射狭缝、光栅和阵列探测器，各个阵列光谱仪中的光栅一级闪耀波长均处于该阵列光谱仪的测量波段内。从光输出端口发出的光束入射到入射狭缝中，经光栅色散后，被阵列探测器探测。此外，所述的阵列光谱仪还包括准直镜和会聚镜，准直镜和会聚镜设置在入射狭缝的光路后，用以反射和会聚光束。