[发明专利]一种时域光谱的采样系统及方法

说明书

本发明公开了一种时域光谱的采样系统，泵浦源在控制模块的控制下发射泵浦信号，泵浦信号经过分光镜分为两束，其中一束泵浦信号激励宽谱光源发射光信号，且光信号与样片架上的样品相互作用，产生样品信号；另一束泵浦信号经过延迟采样单元，产生延迟信号，样品信号和延迟信号均传输至相干检测模块发生相干效应，并产生相干信号，相干信号传输至控制模块中，控制模块通过提取相干信号，完成时域光谱的重建。本发明提供的一种时域光谱的采样系统和方法，基于时域光谱信号的稀疏性，结合压缩感知技术，优化传统的时域光谱设备，完成光谱信息的高效采样和重建工作。

技术领域

本发明涉及光学光谱技术领域，具体涉及一种时域光谱的采样系统及方法。

背景技术

光谱分析法是一种常用的物质定量分析和化合物结构鉴定方法。它是由于有机物分子选择性地吸收某些频率的能量，利用光谱仪记录能量吸收与波长或波数的对应关系所形成的吸收谱带。常见的光谱可划分为核磁共振波谱、质谱、紫外光谱、红外光谱法与太赫兹光谱。其中，红外光谱/太赫兹光谱分析是通过研究物质结构与红外吸收之间的关系，进而实现对未知试样的定性鉴定和定量测定的一种分析方法。红外/太赫兹吸收光谱用吸收峰谱带的位置和强度加以表征，是光谱定性和定量分析的基础。红外/太赫兹吸收光谱具有如下特点：除了光学异构外，没有两种化合物的红外光谱完全相同的；且吸收光谱中具有几组能够相互作证的相关峰，进而增强了定性和结构分析的可靠性，因此红外/太赫兹光谱有化合物“指纹”之称，是鉴定有机化合物和结构分析的重要工具。

当前，红外/太赫兹频段主要的光谱检测设备为时域光谱仪，时域光谱仪原理为迈克尔逊干涉，现有技术中的时域光谱仪通过调节两束光路的光程差，产生光学相干效应，然后采集时域(空域)干涉信号并通过傅里叶变换获得频域谱信息。时域光谱仪具有光源选择灵活，结构简单，光谱覆盖广等特点，但现有的时域光谱仪采用机械延时线来调节两束光路的光程差，这就使得时域光谱仪具有时域信号采集速度慢，机械延时线稳定性差和谱分辨率低等缺点。

随着科学技术的发展，时域光谱系统的性能得到不断优化和改善，陆续出现了采用差频技术的不需要延时线的频域光谱仪，采用双种子光源的电采样高分辨率光谱系统，以及具有高能量宽光谱的光源和探测器构成的特殊光谱系统等。然而这些性能不断优化的光谱系统在性能提升的同时，伴随着系统造价大幅上升，集成度下降，对测试环境的要求愈发苛刻等等问题。

压缩感知技术是近年来出现的一种新的信号采样技术，基于信号自身的稀疏性(或在某个变换域中的稀疏性)，信号可以以远低于Nyquist频率的采样率完成采样，并将信号重建转化为线性凸优化问题进行求解，Candes、Tao和Donoho等科学家已经证明信号可以被高概率准确重建。鉴于普通自然信号或观测数据普遍具有稀疏性，压缩感知技术为各个技术领域带来了新的突破空间，相关领域技术的时间成本、硬件资源消耗可以大幅降低，而性能几乎不受影响。若压缩感知技术能够应用在时域光谱采集方面，则会克服现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种时域光谱的采样系统和方法，基于时域光谱信号的稀疏性，结合压缩感知技术，优化传统的时域光谱设备，完成光谱信息的高效采样和重建工作。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种时域光谱的采样系统，包括泵浦源、分光镜、检测光路、泵浦光路、相干检测模块和控制模块，所述检测光路中包括宽谱光源和样品架，所述泵浦光路中包括延迟采样单元；所述控制模块同时连接所述延迟采样单元、泵浦源和相干检测模块；

所述泵浦源在控制模块的控制下发射泵浦信号，所述泵浦信号经过分光镜分为两束，其中一束泵浦信号激励宽谱光源发射光信号，且光信号与样片架上的样品相互作用，产生样品信号；另一束泵浦信号经过所述延迟采样单元，产生延迟信号，所述样品信号和延迟信号均传输至所述相干检测模块发生相干效应，并产生相干信号，所述相干信号传输至控制模块中，所述控制模块通过提取相干信号，完成时域光谱的重建。

进一步地，所述样品信号为透射信号。