[发明专利]一种超灵敏时间分辨光谱仪及其时间分辨方法

摘要

本发明涉及一种超灵敏时间分辨光谱仪，包括：光学单元和电学单元，其中，光学单元包括入射狭缝、光准直部件、凹面镜、光栅分光部件、空间光调制器以及会聚收光部件；凹面镜包括第一凹面镜和第二凹面镜；电学单元包括随机数发生器、单光子点探测器、计数器、时间测量仪、控制模块、数据包存储器以及压缩感知模块；待测极弱光经由入射狭缝入射，通过光准直部件和第一凹面镜做扩束和准直，成为平行光；平行光照射到光栅分光部件；所生成的光谱场经过第二凹面镜反射，在空间光调制器上展开成光谱带；空间光调制器对光谱带进行随机调制，使得其出射光以一定的随机概率向会聚收光部件反射；会聚收光部件滤除杂散光，将过滤后的光传输到单光子点探测器。

主权项

一种超灵敏时间分辨光谱仪，其特征在于，包括：光学单元（I）和电学单元（II），其中，所述光学单元（I）包括入射狭缝（1）、光准直部件（2）、凹面镜（3）、光栅分光部件（4）、空间光调制器（5）以及会聚收光部件（6）；所述凹面镜（3）有两个，包括第一凹面镜（3‑1）和第二凹面镜（3‑2）；所述电学单元（II）包括随机数发生器（9）、单光子点探测器（10）、计数器（11）、时间测量仪（12）、控制模块（14）、数据包存储器（15）以及压缩感知模块（16）；单光子级别的待测极弱光经由所述入射狭缝（1）入射，然后通过所述光准直部件（2）和第一凹面镜（3‑1）对待测极弱光做扩束和准直，使所述待测极弱光成为平行光；所述平行光照射到所述光栅分光部件（4）；所述光栅分光部件（4）所生成的光谱场再经过所述第二凹面镜（3‑2）反射，进而在所述空间光调制器（5）上展开形成光谱带；所述空间光调制器（5）对所形成的光谱带进行随机调制，使得其出射光以一定的随机概率向所述会聚收光部件（6）反射；所述会聚收光部件（6）滤除杂散光，将过滤后的待测极弱光传输到所述电学单元（II）中的单光子点探测器（10）；所述随机数发生器（9）产生随机数并提供给所述空间光调制器（5），每一空间光调制器（5）中区域总像素长度的随机数组成一个随机基，所述空间光调制器（5）根据该随机基实现随机调制；所述的单光子点探测器（10）探测待测极弱光中的各个单光子点，将采集到的光信号转换成有效脉冲信号后输出；所述计数器（11）记录所述单光子点探测器（10）探测到的单光子点的数目；所述的时间测量仪（12）记录单光子点到达的时间；所述控制模块（14）对整个超灵敏光谱仪进行控制协调，包括对各部件的使能和触发脉冲控制，确保所述计数器（11）、空间光调制器（5）和时间测量仪（12）之间的步调一致；所述计数器（11）所记录的单光子点的数目、时间测量仪（12）所记录的时间信息以及随机数发生器（9）生成的随机基一起打包存入所述数据包存储器（15）中，所述压缩感知模块（16）根据单光子点的数目、时间信息、随机基实现光谱带信号重建，最后输出分辨光谱强度图。