[发明专利]一种波长定标系统及方法

说明书

本发明提供一种波长定标系统及方法，所述系统包括：光源、第一耦合透镜、第一光纤、准直透镜、偏振元件、棱镜波导、第二耦合透镜、第二光纤、待定标光谱仪和计算机，所述偏振元件设置在所述准直透镜和所述棱镜波导之间。所述方法包括：步骤1：根据棱镜波导的波导材料和结构参数以及平行光的入射角度，计算出波导在一定入射角下的吸收反射谱每个吸收峰的波长；步骤2：根据步骤1的结果，对比待定标光谱仪测得的实际吸收谱峰的像素位置进行定标拟合；步骤3：使用已知标准光源的谱线定标误差进行波导介质层厚度和入射角度的微调修正，从而完成定标。本发明定标快速简便，覆盖任何波段范围，尤其适用于不需要标准光谱仪的光谱仪定标。

技术领域

本发明涉及一种波长定标系统及方法，应用于光谱仪器检测领域，特别适用于缺乏标准光谱仪的精准光谱定标。

背景技术

早在19世纪50年代末，德国化学家本生和物理学家基尔霍夫就奠定了光谱分析法的基础。光谱按照辐射方式分为原子光谱和分子光谱，按照传播方式可分为吸收、散射等光谱，按照光谱范围可以分为紫外、可见、红外等光谱。每个类型的光谱都具有独特的激发方式和应用范围，光谱技术以其分析速度较快、操作简便、选择性好、灵敏度高以及样品损坏少等优势，一直活跃在食品、药物、临床、天文、考古、环境、军事等诸多领域，具有无可替代的作用。

光谱仪器是光谱应用技术发展的基石，光谱仪的光谱范围、波长分辨率、波长准确性、波长重复性、灵敏度、信噪比和杂散光等是其重要的性能指标，其中波长准确性是确保光谱检测分析精准性的重要保证和前提。因此，光谱仪器在出厂前或者是使用期间必须进行精准的波长定标。

传统的波长定标方法中利用特征发射谱或者吸收谱的定标方法，谱线数量有限、分布不均匀的特点会增大波长定标的误差。基于标准光谱仪的利用单色仪、可调谐激光器或者可调谐波长元件可以改进前述波长定标的误差，但是由于需要波长扫描元件会导致定标时间较长且定标系统体积较大。而基于低相干干涉技术的定标方法摆脱了标准光谱仪的依赖，但需要搭建复杂的干涉装置，稳定性不足且应用不够简洁方便。

经检索，中国专利公开号为CN104655278A的发明专利，提出了一种波长定标仪，是一种基于双面金属包覆波导和标准光谱仪的波长定标系统，定标方法简单易行，但是在缺乏标准光谱仪的情况下无法独立完成波长定标，另外在采集波导反射率谱线的过程中，测得的吸收谱线对于波导结构比较敏感，一旦环境的改变引起了结构变化很容易导致定标误差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种波长定标系统及方法，定标快速简便，覆盖任何波段范围，尤其适用于不需要标准光谱仪的光谱仪定标。

根据本发明的第一方面，提供一种波长定标系统，包括：光源、第一耦合透镜、第一光纤、准直透镜、偏振元件、棱镜波导、第二耦合透镜、第二光纤、待定标光谱仪和计算机，其中：所述光源发出的光到达第一耦合透镜，经聚焦耦合后进入第一光纤，经第一光纤进入所述准直透镜准直后得到一束平行光；所述偏振元件设置在所述准直透镜和所述棱镜波导之间，所述准直透镜准直后的所述平行光经所述偏振元件以一角度入射所述棱镜波导的一侧，在所述棱镜波导另一侧对称位置出射反射光，该发射光经第二耦合透镜收集耦合进入所述第二光纤的输入端；所述第二光纤具有至少一个输出端，每个输出端连接一台待测光谱仪，所述第二耦合透镜出来的光经所述第二光纤进入所述待测光谱仪，所述待测光谱仪连接所述计算机，所述计算机记录出射光谱数据。

优选地，所述棱镜波导由等腰直角棱镜和平板波导组成，所述等腰直角棱镜设置在所述平板波导上方，所述准直透镜准直后的所述平行光经所述偏振元件入射到所述腰直角棱镜一侧直角边，并在所述棱镜波导另一侧直角边的对称位置出射反射光。

优选地，所述平板波导为设置在玻璃衬底上的三层平板波导，包括波导覆盖层、介质层和底层，所述波导覆盖层是金膜，镀在等腰直角棱镜的底面；介质层位于波导覆盖层和底层之间；所述底层也是金膜，镀在玻璃衬底上表面，用于防止光向最下层的玻璃衬底泄露，从而在棱镜底面与玻璃衬底上方形成了双面金属包覆波导。