[发明专利]液晶空间光调制光谱仪及其测量方法

说明书

本发明提供一种液晶空间光调制光谱仪及其测量方法，其中的光谱仪包括：光源系统、液晶相位调控阵列、液晶光开关阵列和探测器系统；光源系统用于发出一束线偏振光束入射至液晶相位调控阵列，线偏振光束经过液晶相位调控阵列的透射后得到具有预设的光程差的光场阵列，液晶光开关阵列用于对光场阵列进行选通，使光场阵列中至少两个不同光场单元所对应的光束入射至探测器系统中发生干涉形成干涉光束，得到干涉图序列，获取线偏振光束的光谱信息。本发明避免了传统傅里叶变换光谱仪的动镜扫描机构与分束系统，减小了系统的体积和重量，提高了能量的利用率。该发明提出的微型光谱仪结构，具有小型化、轻量化、能量利用率高的特点。

技术领域

本发明涉及光谱技术领域，特别涉及一种液晶空间光调制光谱仪及其测量方法。

背景技术

光谱技术可以获取目标物质的成分和含量信息，在物理实验、化学分析、生物表征、医学检验、生态环保等领域得到了日益广泛的应用，并对新材料、新能源以及未知世界的探索发现起到了重要的作用。为了获取目标的光谱特征，需要对探测到的复色光进行光谱分解，目前普遍应用的光谱仪器主要采用滤光片分光、棱镜分光、光栅分光、干涉分光等技术，其中采用干涉分光技术的傅里叶变换光谱技术由于具有多通道、高通量、波数准确、杂散光低等优势，成为诸多应用领域的高端仪器设备。

近年来随着空间探测、航空遥感、地球勘测、大气监测、军事侦察等新兴科技领域的出现和发展，由于其特殊的应用领域与使用环境，对微小型化、静态化的傅里叶变换光谱仪提出了迫切的使用需求，并且随着需求的不断升级，使得传统的傅里叶变换光谱仪出现难以逾越的技术瓶颈。目前实验室常规应用的傅里叶变换光谱仪采用时间调制型结构，干涉仪通过动镜扫描产生光程差以获得光谱信息。其含有一套高精度的动镜扫描机构，通过高精度的动镜扫描机构来进行干涉图的精密采样，该机构制作非常复杂，对振动敏感，对使用环境较为苛刻，且动镜扫描机构具有较大的体积和重量；同时由于采用分束器进行分光，会有一半的能量损失，降低了系统的稳定性和可靠性，不利于气象观测、大气遥感等航空航天应用。从而限制了其在空间探测、气象遥感、军事侦察等高新技术领域的应用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种液晶空间光调制光谱仪及其测量方法，通过液晶相位调控阵列与液晶光开关阵列，进行横向光场的空间分布式相位调制与光场单元的选通干涉，从而获取各采样光程差的干涉图信号，避免了传统傅里叶变换光谱仪的动镜扫描机构与分束系统，减小了系统的体积和重量，提高了能量的利用率。该发明提出的微型光谱仪结构，具有小型化、轻量化、能量利用率高的特点。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种液晶空间光调制光谱仪，包括：光源系统、液晶相位调控阵列、液晶光开关阵列和探测器系统；

光源系统用于发出一束线偏振光束入射至液晶相位调控阵列，线偏振光束经过液晶相位调控阵列的透射后得到具有预设的光程差的光场阵列，液晶光开关阵列用于对光场阵列进行选通，使光场阵列中至少两个不同光场单元所对应的光束入射至探测器系统中发生干涉形成干涉光束，得到干涉图序列，获取线偏振光束的光谱信息。

优选地，光源系统包括：光源、准直镜和起偏器；

光源用于发出一束发散光束，发散光束经过准直镜的准直后形成平行光束入射至起偏器；起偏器将平行光束转化为线偏振光入射至液晶相位调控阵列。

优选地，液晶相位调控阵列包括从上到下依次包括：上透明基板、上透明电极、上取向膜、液晶层、下取向膜、透明电极阵列和下透明基板。

上透明基板与下透明基板共同构成液晶盒，对液晶层进行固定；

上透明基板和下透明基板的上、下表面镀有增透膜。

上透明电极与透明电极阵列共同构成液晶层的驱动电极，对液晶层加载电压进行驱动；