[发明专利]中红外光的全谱测量方法和相应的装置

说明书

本发明提供一种中红外光的全谱测量方法，包括如下步骤：步骤一：使中红外光与泵浦光同时投射到至少两个上转换晶体上发生和频，将所述中红外光上转换为可见光，其中，所述至少两个上转换晶体的上转换波段的总和覆盖所述中红外光的全谱；步骤二：对转换后的可见光进行探测；以及步骤三：基于所述可见光的探测结果得到所述中红外光的全谱。本发明的中红外光的全谱测量方法分辨率高、信噪比高、读取速度快、灵敏度高并且成本低。

技术领域

本发明属于光探测领域，尤其涉及一种中红外光的全谱测量方法和相应的装置。

背景技术

通过红外特征吸收峰鉴别物质的种类是物理、化学、生物和医药领域中非常重要的分析手段，其原理是通过红外光谱的振动峰反映物质的化学成分构成。红外光谱的探测方法主要是采用红外探测器。目前，红外探测器根据探测机理主要分为热探测器和光子探测器两大类，其中，光子探测器由于其灵敏度高、响应时间短而在光谱测量中得到比较广泛的应用，而商业化的高灵敏度光子探测器主要有致冷型的光子单元探测器和焦平面阵列探测器两类。在运用光子单元探测器测量光谱时，主要通过光谱仪转动光栅而对光谱的不同成分进行扫描，依次得到不同频率的光强，尽管此方法可以得到关于频率和光强的光谱曲线，但是由于测量过程中需要光栅的机械转动，耗费时间比较长，并且测到的信号抖动性很大，造成所测光谱的信噪比较低。另外，例如由多个像素点组成的碲镉汞(MCT)焦平面阵列探测器能够快速地对中红外光谱进行一次性全谱测量，但是为了降低探测器材料的暗电流效应，探测器需要在77K的低温下运行，并且每一个像素点都要连接相应的信号放大设备对信号进行放大，从而使得这种中红外多通道探测器体积庞大并且价格昂贵(大于80万人民币)。当前的碲镉汞(MCT)阵列探测器像素点数目较低，并且各像素点的成像质量不均匀，这限制了信号的分辨率。同时MCT阵列探测器像素点数目少，导致单次摄谱范围较窄，对于宽带光谱的探测需要多个窗口拼接，从而使得其实际应用受到很大限制。因此，有必要开发一种高分辨率、高信噪比、高读取速率、低成本的中红外光全谱探测技术。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种中红外光的全谱测量方法，包括如下步骤：

步骤一：使中红外光与泵浦光同时投射到至少两个上转换晶体上发生和频，将所述中红外光上转换为可见光，其中，所述至少两个上转换晶体的上转换波段的总和覆盖所述中红外光的全谱；

步骤二：对转换后的可见光进行探测；以及

步骤三：基于所述可见光的探测结果得到所述中红外光的全谱。

根据本发明的中红外光的全谱测量方法，优选地，所述中红外光的全谱波段为3μm～10μm。

根据本发明的中红外光的全谱测量方法，优选地，所述至少两个上转换晶体中的一个为MgO:LiNbO₃晶体，另一个为AgGaGeS₄晶体。

根据本发明的中红外光的全谱测量方法，优选地，在步骤二中，采用线阵CMOS探测器对转换后的可见光进行探测。

根据本发明的中红外光的全谱测量方法，优选地，所述步骤二包括如下子步骤：

2-1：将所述可见光进行分光；以及

2-2：分光后的可见光通过所述线阵CMOS探测器，从而得到可见光的光强I_signal随像素点P的变化关系。

根据本发明的中红外光的全谱测量方法，优选地，所述步骤三包括如下子步骤：

3-1：利用中红外光的频率窗口中的至少两个特征吸收标准样拟合中红外光的波长λ_MIR与像素点P的函数关系；