[实用新型]一种基于声光调制的光谱测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光谱测量装置，尤其涉及一种基于声光调制的光谱测量装置，属于光学测量技术领域。

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，通过获取研究物质的光谱信息来准确分析物质的结构、组成陈分和含量的重要设备，随着光谱仪的发展，如今它的应用领域已经越来越广泛，如天文观测、生物研究、医学及医药研究、国防、石油化工等。由于其重要的科研价值，光谱仪更加受到人们的关注，它已成为现代科学仪器的中重要的一个组成部分。

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的影响，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[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。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有光谱测量装置所存在的体积较大、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，提供一种基于声光调制的光谱测量装置。

本实用新型的基于声光调制的光谱测量装置，包括沿入射光方向依次设置的声光调制器、光探测器。

所述声光调制器包括位于入射光光路中的声光介质，以及分别设置于声光介质两侧的超声发生器、吸声/反射部件。

进一步地，所述基于声光调制的光谱测量装置还包括设置于声光调制器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，基于声光调制的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。更进一步地，所述计算处理单元还与所述声光调制器的控制端连接，可对声光调制器进行控制。

本实用新型的基于声光调制的光谱测量方法，利用沿入射光方向依次设置的声光调制器、光探测器进行光谱测量，具体包括以下步骤：

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、通过所述声光调制器对待测入射光进行n个不同声场强度的声光调制，并记录不同声场强度下光探测器所探测到的调制光功率，分别记为P₁,P₂,…P_n；

步骤3、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)表示在第j个声场强度下，频率为f_i的光经所述声光调制器调制后与调制之前的功率比值，通过实验预先测得；

步骤4、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组。

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、抗振动能力强：光谱测量时无需移动光学器件，因此振动对它的影响较小，性能稳定，可用于复杂环境中的实时测量。

2、易于制作，成本低廉：其所需要的部件都是很成熟的产品，相比于制作其他光谱仪需要复杂、昂贵的设备，该光谱仪制作更加简单容易。