自校準光源光譜調諧器的製造方法
2023-07-19 20:10:21 1
自校準光源光譜調諧器的製造方法
【專利摘要】自校準光源光譜調諧器，涉及光輻射計量領域，解決了目前還沒有兼顧寬帶和窄帶特點的色散相減型光譜調諧器的問題。該調諧器中的光源的光線經前置光學系統聚焦於入射狹縫，入射光經第一凹面鏡準直成平行光入射至第一平面光柵上，經第一平面光柵色散後再經第一凹面鏡聚焦於數字微鏡裝置表面形成光譜，經數字微鏡裝置反射後的反射光經第二凹面鏡準直，經第二平面光柵消色散後再經第二凹面鏡聚焦於出射狹縫形成輸出光。本發明為自校準光源提供窄帶和寬帶兩種工作模式，使光源兼具有寬窄帶光源的優點，可根據需要自行改變光源光強，降低自校準光源光譜雜散光，使其滿足在實際大氣光譜輻亮度下定標的需求。
【專利說明】自校準光源光譜調諧器
【技術領域】
[0001]本發明涉及光輻射計量【技術領域】，具體涉及一種自校準光源光譜調諧器。
【背景技術】
[0002]近一、二十年，輻射計量測試技術發展十分迅速，一些工業先進國家如美國、英國、德國在黑體型光譜輻射標準基礎上相繼建立了同步輻射型光譜輻射標準，發展出了光譜輻照度標準石英滷鎢燈和燈照積分球等光譜輻照度和光譜輻亮度傳遞標準，屬於寬帶光源，並以低溫輻射計為基準，建立了新型探測器標準，同時發展了基於標準探測器的雷射光源型光譜輻照度和光譜輻亮度響應度定標源，屬於窄帶光源。
[0003]光譜輻亮度標準光源是遙感儀器光譜輻亮度響應度定標精度的關鍵。用於遙感儀器光譜輻亮度響應度定標的光源有:(1)寬帶光源，如燈照積分球光源或燈照漫反射板光源，其光譜輻亮度由黑體或同步輻射定標，該寬帶光源的定標精度較低，不確定度為
0.4%?3.0% ; (2)窄帶光源，如可調諧單色雷射照射積分球形成的均勻亮度光源，其光譜輻亮度由低溫輻射計定標，該窄帶光源結構複雜、不易移動且定標時間長。
[0004]目前，還沒有兼顧寬帶和窄帶特點的色散相減型光譜調諧器。
【發明內容】
[0005]為了解決目前還沒有兼顧寬帶和窄帶特點的色散相減型光譜調諧器的問題，本發明提供一種可用於基於標準探測器定標的傳遞標準光源的一種自校準光源光譜調諧器。
[0006]本發明為解決技術問題所採用的技術方案如下:
[0007]自校準光源光譜調諧器，包括光源、前置光學系統、入射狹縫、第一凹面鏡、第一平面光柵、數字微鏡裝置、第二凹面鏡、第二平面光柵和出射狹縫，所述光源發出的光線經前置光學系統聚焦於入射狹縫，入射光經第一凹面鏡準直成平行光入射至第一平面光柵上，經第一平面光柵色散後再經第一凹面鏡聚焦於數字微鏡裝置表面形成光譜，經數字微鏡裝置反射後的反射光經第二凹面鏡準直，經第二平面光柵消色散後再經第二凹面鏡聚焦於出射狹縫形成輸出光。
[0008]所述光源採用氙燈、齒鎢燈、LED燈或超連續光源。
[0009]所述前置光學系統採用透射式或反射式集光系統。
[0010]所述第一平面光柵和第二平面光柵均為反射式平面光柵。
[0011 ] 所述第一凹面鏡和第一平面光柵組成第一單色儀，用於對光線進行色散作用。
[0012]所述第二凹面鏡和第二平面光柵組成第二單色儀，用於對色散後的光線進行消色散作用。
[0013]所述數字微鏡裝置由微鏡陣列集成於CMOS基片上構成，微鏡的偏轉由數字集成電路控制，可產生+12°和-12°的偏轉:當微鏡轉到+12°時，將入射光信號反射到檢測光路中，為ON狀態；當微鏡轉到-12°時，將入射光信號反射到檢測光路之外，為OFF狀態。
[0014]本發明的有益效果是:[0015]1、本發明的自校準光源光譜調諧器用於為自校準標準光源提供兩種工作模式:窄帶工作模式和寬帶工作模式，使自校準標準光源兼具有寬帶和窄帶光源的優點，能夠方便地用於遙感儀器的現場輻射定標，對於提高空間遙感儀器定標精度有重要現實意義。
[0016]2、本發明的自校準光源光譜調諧器可以根據需要自行改變光源光強，使光源滿足在實際大氣光譜輻亮度水平下定標的需求。
[0017]3、由於採用本發明的自校準光源光譜調諧器，可以有效降低自校準標準光源的光譜雜散光。
[0018]4、本發明的自校準光源光譜調諧器能夠使自校準標準光源成為一種可編程光譜光源，除作為輻射標準光源外，這一新型標準光源在工作波段可以根據工作需要改變輸出的光譜分布，可提供任意所需波長光的組合，任意波長光的強度又可以單獨控制，這樣可模擬各類自然光源或非自然光源的光譜，替代多種光源和濾光片組合，簡化研究或實驗工作，在成像光譜、顯微生化實驗及定量照明工程研究中有重要應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的自校準光源光譜調諧器的結構示意圖；
[0020]圖2為本發明的自校準光源光譜調諧器的工作原理示意圖。
[0021]圖中:1、光源,2、前置光學系統,3、入射狹縫,4、第一凹面鏡,5、第一平面光柵,6、數字微鏡裝置，7、第二凹面鏡，8、第二平面光柵，9、出射狹縫，10、液體光導管，11、積分球，12、娃探測器，13、Gershun管福射計組。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0023]如圖1所示，本發明的自校準光源光譜調諧器主要由光源1、前置光學系統2、入射狹縫3、第一凹面鏡4、第一平面光柵5、數字微鏡裝置6、第二凹面鏡7、第二平面光柵8和出射狹縫9組成。
[0024]本實施方式中，根據設計需要，光源I可以採用高穩定性氙燈、滷鎢燈、LED燈或者超連續光源。
[0025]本實施方式中，前置光學系統2採用透射式或反射式集光系統，保證前置光學系統2能將光源I發出的光線聚焦於入射狹縫3。前置光學系統2具體選用哪種形式可以根據所採用的光源I以及前置光學系統2的作用進行設計。
[0026]本實施方式中，第一平面光柵5和第二平面光柵8均為反射式平面光柵，第一凹面鏡4和第一平面光柵5組成第一單色儀，第二凹面鏡7和第二平面光柵8組成第二單色儀，第一單色儀和第二單色儀共同構成色散相減可調諧譜儀，第一單色儀用於對光線進行色散作用，第二單色儀用於對色散後的光線進行消色散作用。
[0027]本實施方式中，數字微鏡裝置6由微鏡陣列集成於CMOS基片上構成，多個微鏡組成陣列形成微鏡陣列，微鏡的偏轉由數字集成電路控制，可產生+12°和-12°的偏轉:當微鏡轉到+12°時，將入射光信號反射到檢測光路中，為ON狀態；當微鏡轉到-12°時，將入射光信號反射到檢測光路之外，為OFF狀態。通過數字微鏡裝置6對光譜的ON狀態與OFF狀態的快速切換可以實現無運動部件光譜掃描。[0028]本實施方式中，液體光導管10的直徑為5mm,用於將自校準光源光譜調諧器的輸出光導入自校準標準光源中。
[0029]本實施方式中，自校準標準光源選用積分球11，液體光導管10與積分球11固定連接，積分球11的內塗層材料為聚四氟乙烯(PTFE)，積分球11上安裝有矽探測器12，用於監測積分球11的光譜輻亮度變化。
[0030]本實施方式中，Gershun管福射計組13採用多個Gershun管福射計聯用的形式，當進行測量時，將多個Gershun管輻射計測量的數據相互驗證，Gershun管輻射計組13用於自校準標準光源的定標。
[0031]如圖2所示，光源I發出的光線經過前置光學系統2的聚焦成像作用後成像於入射狹縫3，入射光經過入射狹縫3後經過第一凹面鏡4準直成平行光入射至第一平面光柵5上，平行光經過第一平面光柵5的色散作用後再經過第一凹面鏡4聚焦於數字微鏡裝置6中的數字微鏡陣列表面形成光譜，經過數字微鏡陣列反射後的反射光經過第二凹面鏡7準直，經過第二平面光柵8的消色散後再經過第二凹面鏡7聚焦於出射狹縫9，通過出射狹縫9的輸出光經過液體光導管10引入積分球11中，形成均勻輻亮度源，通過積分球11上的矽探測器12及光譜福射計監測積分球11的光譜福亮度變化，並通過Gershun管福射計組13實現積分球11的定標。
[0032]本發明的自校準光源光譜調諧器為自校準標準光源提供兩種工作模式:窄帶工作模式和寬帶工作模式，當一列或幾列微鏡處於ON狀態時,某一波長單色光進入積分球11,為窄帶工作模式，積分球11出射單色光，該工作模式下採用標準探測器定標，經疊加給出寬帶工作模式下積分球11白光光譜輻亮度，由此構成自校準的光譜輻亮度標準光源；當全部微鏡處於ON狀態時，全波段白光進入積分球11，為寬帶工作模式，積分球11出射白光，該工作模式下用於遙感儀器或其它傳感器定標。通過光譜調諧器中數字微鏡陣列的波長選擇，能夠使自校準標準光源兼具有窄帶和寬帶兩種工作模式，在窄帶工作模式下採用Gershun管福射計組13定標，並在寬帶工作模式下使用。由於在窄帶模式下採用Gershun管輻射計組13測量自校準標準光源輸出的準單色光譜輻射通量進行定標，Gershun管輻射計組13響應度通過作為探測器基準的低溫絕對輻射計直接追溯到國際單位制(SI)，光譜福売度定標精度聞。
[0033]本發明的自校準光源光譜調諧器的光譜範圍為400?700nm，光譜解析度為14nm，光譜精度為1.。
【權利要求】
1.自校準光源光譜調諧器，其特徵在於，包括光源(I)、前置光學系統(2)、入射狹縫(3)、第一凹面鏡(4)、第一平面光柵(5)、數字微鏡裝置(6)、第二凹面鏡(7)、第二平面光柵(8)和出射狹縫(9)，所述光源(I)發出的光線經前置光學系統(2)聚焦於入射狹縫(3)，入射光經第一凹面鏡(4)準直成平行光入射至第一平面光柵(5)上，經第一平面光柵(5)色散後再經第一凹面鏡(4)聚焦於數字微鏡裝置(6)表面形成光譜，經數字微鏡裝置(6)反射後的反射光經第二凹面鏡(7)準直，經第二平面光柵(8)消色散後再經第二凹面鏡(7)聚焦於出射狹縫(9)形成輸出光。
2.根據權利要求1所述的自校準光源光譜調諧器，其特徵在於，所述光源(I)採用氙燈、滷鎢燈、LED燈或超連續光源。
3.根據權利要求1所述的自校準光源光譜調諧器，其特徵在於，所述前置光學系統(2)採用透射式或反射式集光系統。
4.根據權利要求1所述的自校準光源光譜調諧器，其特徵在於，所述第一平面光柵(5)和第二平面光柵(8)均為反射式平面光柵。
5.根據權利要求1所述的自校準光源光譜調諧器，其特徵在於，所述第一凹面鏡(4)和第一平面光柵(5)組成第一單色儀，用於對光線進行色散作用。
6.根據權利要求1所述的自校準光源光譜調諧器，其特徵在於，所述第二凹面鏡(7)和第二平面光柵(8)組成第二單色儀，用於對色散後的光線進行消色散作用。
7.根據權利要求1所述的自校準光源光譜調諧器，其特徵在於，所述數字微鏡裝置(6)由微鏡陣列集成於CMOS基片上構成，微鏡的偏轉由數字集成電路控制，可產生+12°和-12°的偏轉:當微鏡轉到+12°時，將入射光信號反射到檢測光路中，為ON狀態；當微鏡轉到-12°時，將入射光信號反射到檢測光路之外，為OFF狀態。
【文檔編號】G01J1/00GK103698005SQ201310671321
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月11日 優先權日:2013年12月11日
【發明者】李志剛 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所