[发明专利]相位调控阵列液晶光谱仪及其测量方法

说明书

本发明提供一种相位调控阵列液晶光谱仪及其测量方法，其中的光谱仪包括：光源系统、相位调制系统和探测器系统；相位调制系统包括：分束器、行向液晶相位调控阵列和列向液晶相位调控阵列；光源系统用于发出一束线偏振光束入射至分束器被分为反射光束和透射光束，反射光束和透射光束分别入射至行向液晶相位调控阵列和列向液晶相位调控阵列中再次发生反射后产生预设光程差，反射光束和透射光束返回至分束器中发生叠加干涉后产生干涉光束；干涉光束入射至探测器系统后得到干涉图像序列，获取线偏振光束的光谱信息。本发明解决了动镜扫描型傅里叶变换光谱仪机械扫描带来的可靠性低、体积重量大和实时性差问题。

技术领域

本发明涉及光谱技术领域，特别涉及一种相位调控阵列液晶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相位调控阵列液晶光谱仪及其测量方法，通过调节两个液晶相位调控阵列上的行列驱动电压分布，改变各液晶相位调控单元的液晶分子长轴指向倾角，从而调控两个液晶相位调控阵列各调控单元折射率的行列空间分布，形成特定空间分布的光程差阵列。本发明提出的相位调控阵列液晶光谱仪避免了传统傅里叶变换光谱仪的动镜扫描机构，提高了系统的稳定性和可靠性，减小了系统的体积和重量，并提高了光谱探测的实时性，具有小型化、静态化、实时性好、环境适应性强的特点。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种相位调控阵列液晶光谱仪，包括：光源系统、相位调制系统和探测器系统；相位调制系统包括：分束器、行向液晶相位调控阵列和列向液晶相位调控阵列；

光源系统用于发出一束线偏振光束入射至分束器被分为反射光束和透射光束，反射光束和透射光束分别入射至行向液晶相位调控阵列和列向液晶相位调控阵列中再次发生反射后产生预设光程差，反射光束和透射光束返回至分束器中发生叠加干涉后产生干涉光束；干涉光束入射至探测器系统后得到干涉图像序列，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；

光源用于发出一束散射光束，经准直镜的准直后变为平行光束入射至起偏器中，起偏器用于将平行光束转化为线偏振光束入射至相位调制系统。

优选地，行向液晶相位调控阵列或列向液晶相位调控阵列由N个条形液晶相位调控单元组成；行向液晶相位调控阵列和列向液晶相位调控阵列相对于分束器镜像正交放置；

反射光束经分束器的反射后入射至行向液晶相位调控阵列；

透射光束经分束器的透射后入射至列向液晶相位调控阵列。