[发明专利]一种基于旋光纤的光谱测量系统

说明书

本发明属于光谱仪相关技术领域，并公开了一种基于旋光纤的光谱测量系统。该测量系统包括滤光片、起偏器、旋光纤、检偏器和功率计，其中，滤光片使得待测量光中特定频谱的光通过；经过滤光片的光在该起偏器的作用下变为线偏振光，旋光纤设置在滤光片后方，线偏振光进入旋光纤，在该旋光纤的横截面上按照其偏振方位角分散开来，即在空间上各频率分量单色光沿圆周方向分散分布；所检偏器设置在旋光纤的后方，该检偏器以预设步距角旋转，并将光能量耦合至设置在检偏器后方的功率计中，该功率计用于测量在每个旋转角下的总的光功率，利用该光功率计算获得待测量光的光谱。通过本发明，解决现有光谱仪测量分辨率低以及尺寸大的问题。

技术领域

本发明属于光谱仪相关技术领域，更具体地，涉及一种基于旋光纤的光谱测量系统。

背景技术

光谱仪(Spectrometer)是通过光学原理对物质的组成、含量进行定性、定量分析的一种光学仪器，作为光谱分析不可或缺的工具，光谱仪被应用在生物传感、医学分析、气体传感、环境分析、石油勘探及食品质量检测等各诸多领域。现有的光谱仪按照其所测量光波的波长范围可以分为可见光型、红外型、紫外型光谱仪三大类型，而按照其分光方式则主要可以分为棱镜色散型、光栅色散型和傅里叶变换型等类型。基于棱镜分光的光谱仪主要利用不同波长光线在棱镜材料中的不同折射率来实现色散，其分辨率受到材料折射率和衍射极限的限制，基于光栅分光的光谱仪利用光栅作为色散元件，其分辨率同样受栅线密度和衍射极限的制约。相较于棱镜色散型光谱仪和光栅色散型光谱仪，傅里叶光谱仪具有高光通量，高光谱分辨率等优点，并且其理论分辨率无限，因此在诸多领域得到了广泛的应用。

然而，傅里叶光谱仪所为了实现高分辨率需要较长的运动距离，这使得其尺寸通常较大且包含移动元件，难以同时满足高光谱分辨率和紧凑型结构的要求，亟待一种兼具高光谱分辨率和小型化优点的光谱测量技术和光谱仪。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于旋光纤的光谱测量系统，解决现有光谱仪测量分辨率低以及尺寸大的问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于旋光纤的光谱测量系统，该测量系统包括滤光片、起偏器、旋光纤、检偏器和功率计，其中，

所述滤光片用于接收待测量光，并使得待测量光中特定频谱的光通过；所述起偏器设置在滤光片后方，经过所述滤光片的光在该起偏器的作用下变为线偏振光，所述旋光纤设置在所述滤光片后方，所述线偏振光进入所述旋光纤，在该旋光纤的横截面上按照其偏振方位角分散开来，即在空间上各频率分量单色光沿圆周方向分散分布；所检偏器设置在旋光纤的后方，该检偏器以预设步距角旋转，并将光能量耦合至设置在检偏器后方的功率计中，该功率计用于测量在每个旋转角下的总的光功率，利用该光功率计算获得待测量光的光谱。

进一步优选地，所述滤光片、起偏器、旋光纤、检偏器和功率计同轴分布。

进一步优选地，所述功率计中采集的光的光功率按照下列关系式计算：

其中，θ_i为旋转装置旋转i次后的总旋转角度，g(θ_i)是在总旋转角度θ_i下的光功率，λ是被测量光谱范围内的波长，λ₁是被测量光谱的左端边界波长，λ_m是被测量光谱的右端边界波长，k(λ)z为不同波长的单色光经过长度为z的旋光纤作用后的偏振方位角的旋转角度，k(λ)为旋光纤的色散系数，θ₀为入射时复色光的偏振方向与检偏器透光轴的夹角。

进一步优选地，所述旋光纤的长度根据所需的单色光在圆周上的分散度进行调节。

进一步优选地，所述待测量光为窄带复色光。

进一步优选地，所述检偏器放置在旋转机构上，通过旋转机构的旋转带动所述检偏器旋转。

进一步优选地，所述滤光片为带通滤光片。