[发明专利]一种用于光谱分析系统的光过滤装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电设备技术领域，特别是一种采用单个声光可调谐滤波器并使用特殊光路对光进行二次过滤、增加了光谱分析系统的谱分辨率并抑制了旁瓣的一种用于光谱分析系统的光过滤装置。

背景技术

声光可调谐滤波器AOTF是一种固体电调带通滤波器，利用了各向异性介质中的声光原理，以双折射量随角度的变化来补偿因角度变化所引起的动量失配，能够从入射光源中选择、透射出单一波长的光。声光可调谐滤波器AOTF的基本结构有声光介质、电-声换能器阵列和声终端三部分，当射频信号加到换能器上时，激励出超声波并耦合到声光介质中；当自然光以一定的入射角入射到该声光介质时，由于声光相互作用，入射光被衍射成两束正交的线偏振光，即寻常光(o光)和非寻常光(e光)，改变超声波频率，两偏振光波长也将相应改变。通过改变作用在AOTF电-声换能器上的射频信号来控制透射光的波长(被滤出的一级衍射光)，根据波长范围来改变载波频率，就能够得到全范围的光谱分析；通过调节射频信号的幅度，也能调节透射光(滤出光)强度。光谱分析系统的性能主要由波长调谐范围、光谱分辨率、旁瓣决定，由于光的衍射作用，光谱分析系统中探测到的在某个特定位置的光在频域表现为一个主频率的峰，除此之外在主频率的峰两侧还有一些次级小峰，这就是所谓旁瓣。为了提高谱分辨率，现有技术使用两个串联的AOTF，一个AOTF的光谱分辨率是sinc²的函数，则光经过两个串联的AOTF后光谱分辨率是sinc⁴的函数，现有技术的两个AOTF串联结构明显过于复杂了。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用单个声光可调谐滤波器AOTF，改变并简化了现有技术中两个声光可调谐滤波器串联的结构。

本发明所采用的技术方案是：

所述一种用于光谱分析系统的光过滤装置主要包括起偏器、偏振束分光器、声光可调谐滤波器、探测器、平面镜、第一次滤出光、第二次滤出光，光线经过所述起偏器后以非寻常偏振态的e光射出，在经过所述偏振束分光器后进入所述声光可调谐滤波器，所述声光可调谐滤波器中的声光相互作用使得入射光产生衍射，滤出光波长与对所述声光可调谐滤波器施加的声频f的关系有其中C_e＝-cos(θ_e-γ)，D_o＝-sin²θ_o，De＝sin²θ_e，式中V_a是声波速率，λ_e为入射的e光的中心波长，λ_o为入射的o光的中心波长，n_o是所述声光可调谐滤波器对o光的折射率，n_e是所述声光可调谐滤波器对e光的折射率，θ_o和θ_e分别是o光和e光的入射光与所述声光可调谐滤波器中晶体光轴的夹角，γ是声入射角；所述平面镜包括平面镜I和平面镜II，所述声光可调谐滤波器、所述探测器、所述平面镜I和平面镜II的位置均能够调节，能够通过调节所述声光可调谐滤波器的位置来改变其与入射光的角度，调节所述平面镜I和平面镜II位置，能够使得所述第一次滤出光再次进入所述声光可调谐滤波器，所述探测器能够收集所述第二次滤出光，所述装置能够对光进行二次过滤。

所述第一次滤出光被所述平面镜I和平面镜II反射后又通过所述偏振束分光器，又重新进入所述声光可调谐滤波器，再次进入所述声光可调谐滤波器的光需要经过精密准直以保证入射角不变，最终，所述第一次滤出光被所述声光可调谐滤波器再次衍射为非寻常态并分离出来，即所述第二次滤出光，由所述探测器测量。

本发明的二次过滤方法的光谱响应，正比于第一次e光入射时的光谱响应与第二次o光入射时的光谱响应的乘积F＝(k，δ)∝F_eo(k)×F_oe(k+δ)，其中F是总光谱响应，F_eo是第一次e光入射时的光谱响应，F_oe是第二次o光入射时的光谱响应。

使用所述一种用于光谱分析系统的光过滤装置的实验步骤为：

一.确定需要分析的光谱范围，即进入光谱分析系统的光的波长范围；

二.根据上述光谱范围，确定所述声光可调谐滤波器的声波频率等具体参数；

三.调节所述平面镜I和平面镜II位置，使得所述第一次滤出光再次进入所述声光可调谐滤波器；

四.调整所述探测器的位置，使其能收集所述第二次滤出光；