[发明专利]一种宽频光谱仪及其光谱复原方法

权利要求书

1.一种宽频光谱仪，包括分光器件、阵列式探测芯片，以及与所述阵列式探测芯片连接的数据采集与分析系统；所述分光器件可令不同频率的入射光经过后在阵列式探测芯片表面形成不同的光强分布，且相同频率的入射光经过分光器件的不同部位所产生的光强角分布也不同；其特征在于，所述宽频光谱仪还包括设置于所述分光器件之前或之后的光波长转换部件，所述光波长转换部件包括波长转换层，所述波长转换层中包含至少一种波长转换光学材料；所述波长转换光学材料的部分或全部吸收光谱超出所述阵列式探测芯片的探测范围，而其发射光谱全部在所述阵列式探测芯片的探测范围内。

2.如权利要求1所述宽频光谱仪，其特征在于，所述波长转换层为由至少两种不同波长转换光学材料构成的复合层。

3.如权利要求1所述宽频光谱仪，其特征在于，还包括用于对入射光进行准直的光学准直装置。

4.如权利要求1所述宽频光谱仪，其特征在于，所述分光器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面上固着有至少一层透明涂层，所述透明涂层中包含有一组尺寸或形状不均匀分布的气泡。

5.如权利要求4所述宽频光谱仪，其特征在于，分光器件以光波长转换部件的波长转换层作为所述透明涂层。

6.如权利要求1所述宽频光谱仪，其特征在于，所述分光器件包括透明基底，所述透明基底的一个表面上附着有不透明材料制作的挡光层，挡光层上设置有由一系列具有不同孔径尺寸的衍射孔所构成的衍射孔二维阵列，且各衍射孔孔径尺寸与入射光波长接近。

7.如权利要求所述1所述宽频光谱仪，其特征在于，所述分光器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面上固着有至少一层纳米粒子涂层，所述纳米粒子涂层由一组纳米至微米尺度的透明粒子构成，且透明粒子的尺寸或形状的分布不均匀。

8.如权利要求7所述宽频光谱仪，其特征在于，分光器件以光波长转换部件的波长转换层作为所述纳米粒子涂层。

9.如权利要求4、6或7任一项所述宽频光谱仪，其特征在于，所述光波长转换部件与分光器件共用同一透明基底，波长转换层附着于所述透明基底背向入射光的一侧表面，透明涂层、挡光层或纳米粒子涂层附着于所述透明基底朝向入射光的一侧表面。

10.如权利要求4、6或7任一项所述宽频光谱仪，其特征在于，分光器件以光波长转换部件的波长转换层作为透明基底。

11.如权利要求1～3任一项所述宽频光谱仪，其特征在于，所述分光器件包括不透明基底，所述不透明基底朝向入射光的表面上固着有一层纳米粒子膜，所述纳米粒子膜包括一组纳米至微纳米尺度的大小不等的不透明材料粒子，且所述不透明材料粒子在纳米粒子膜中呈不均匀分布。

12.如权利要求1～3任一项所述宽频光谱仪，其特征在于，所述分光器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面上固着有一层纳米粒子膜，所述纳米粒子膜包括一组纳米至微纳米尺度的大小不等的不透明材料粒子，且所述不透明材料粒子在纳米粒子膜中呈不均匀分布。

13.如权利要求1～12任一项所述宽频光谱仪的光谱复原方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将所述宽频光谱仪所能探测的频率范围等分为n个频宽为Δf的频率段，n为3以上的整数，各频率段的中心频率为f₁,f₂,…f_n；宽频光谱仪所能探测的频率范围按照以下方法确定：从光波长转换部件所包含的所有波长转换光学材料的吸收光谱以及阵列式探测芯片所能探测的频率范围中选出频率最大值和频率最小值，所述频率最大值和频率最小值之间的频率范围即为所述宽频光谱仪所能探测的频率范围；

步骤2、令待测入射光依次通过光波长转换部件、分光器件，测量所述阵列式探测芯片中n个像元所探测到的光功率值，记为P₁,P₂,…P_n；

步骤3、通过求解以下矩阵方程得到待测入射光中各频率分量f₁,f₂,…,f_n的大小P(f₁),P(f₂),…，P(f_n)：

式中，C_ij(i＝1,2…n)(j＝1,2…n)表示中心频率为f_j的频率段的光在经过与不经过所述分光器件的情况下，所述阵列式探测芯片n个像元中第i个像元所探测到的光功率值之比，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，并经光谱定标，得到待测入射光的光谱。