[发明专利]一种基于电光效应的光谱测量装置及其光谱测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱测量装置，尤其涉及一种基于电光效应的光谱测量装置及其光谱测量方法，属于光谱分析技术领域。

背景技术

光谱仪是一种重要的光学仪器。它是将光学方法与现代电子数据处理系统相结合，通过获取所研究物质的光谱信息来精确分析物质的结构、成分和含量的基本设备。光谱仪具有分析精度高、测量范围大、速度快等优点，广泛应用于冶金、地质、石油化工、医药卫生、环境保护等领域，也是军事侦察、宇宙探索、资源和水文探测等必不可少的遥感设备（参见文献[李全臣，蒋月娟。光谱仪器原理[M]，北京；北京理工大学出版社，1999]）。光谱技术的应用几乎覆盖了所有的科学领域，包括医药、化学、地质学、物理及天文学等，从海洋的底部到遥远的宇宙，光谱仪为我们收集周围世界的信息。

然而，随着科学技术的迅猛发展，对光谱仪提出了更高的要求。特别是在如地质矿产勘探、微流控和星载分析等一些特殊场合，需要光谱仪能抗振动干扰能力强、光谱测量分辨率高、测量的波长范围大、功耗小和能够快速、实时、直观地获取光谱信号，显然，传统的光谱仪器很难同时达到上述要求，譬如目前商用傅里叶变换光谱仪不仅体积较大、对振动敏感、测量范围主要在红外波段，而且其分辨率受动镜移动范围影响，因此不适于野外等特殊环境测量；而光栅光谱仪分辨率不高，价格也不菲（参见文献[Yang Jae-chang,et al.Micro-electro-mechanical-systems-based infrared spectrometer composed of multi-slit grating and bolometer array,Jap.J.of Appl.Phys.47(8),6943-6948(2008)]）。

因此，对于光谱仪来说，要求其在具有抗振动的同时能够降低成本，性能上能够达到较高的光谱分辨率，结构简单并且易于制作，用现有的技术很难实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的成本较高、制作困难、对振动敏感、分辨率不高、光谱测量范围较窄等技术问题，提供一种基于电光效应的光谱仪及其光谱测量方法。

本发明的基于电光效应的光谱测量装置，包括沿入射光方向依次设置的第一偏振片、电光效应晶体、第二偏振片、光探测器；其中，第一偏振片的偏振方向与所述电光效应晶体在外加电场下的感应主轴方向不平行。

进一步地，所述光谱测量装置还包括设置于第一偏振片之前的光学准直装置。

优选地，所述光学准直装置包括两个共焦的透镜，以及设置于所述两个透镜的共同焦点处的小孔光阑。

进一步地，所述光谱测量装置还包括与所述光探测器信号连接的计算处理单元。从而可根据光探测器的测量数据自动计算并输出待测入射光的光谱。

一种基于电光效应的光谱测量方法，使用如上任一项所述光谱测量装置，包括以下步骤：

步骤1、将所述光探测器所能探测的频率范围等分为n个频宽为Δf的频率段，n为大于1的整数，各频率段的中心频率为f₁,f₂,…f_n；

步骤2、令待测入射光依次通过第一偏振片、电光效应晶体、第二偏振片，并用所述光探测器探测出射光的功率；

步骤3、对所述电光效应晶体施加一组n个不同的电压，并记录不同电压下光探测器所探测到的出射光功率，分别记为P₁,P₂,…P_n；

步骤4、通过求解以下方程组得到待测入射光中所包含的频率为f₁,f₂,…f_n的光功率P（f₁）,P（f₂）,…，P（f_n）：

式中，C_ij(i=1,2…n)(j=1,2…n)表示在对电光效应晶体施加的电压取第j个值时，频率为f_i的光通过第一偏振片、电光效应晶体、第二偏振片之后与通过之前的功率比值，通过实验预先测得；

步骤5、对P(f₁),P(f₂),…P(f_n)进行线性拟合，并经光谱辐射定标，得到待测入射光的光谱。

优选地，利用Tikhonov正则化的方法求解所述方程。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：