[发明专利]相位调制阵列微型光谱仪光谱复原方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种相位调制阵列微型光谱仪的光谱复原方法。

背景技术

相位调制阵列微型光谱仪为一种光谱测量装置，包括一系列由两个(或只有一个)不同深度(高度)的在基底薄膜上的凹槽(台阶)组成的微型干涉仪。这两个不同深度(高度)的凹槽(台阶)，其中一个凹槽(台阶)在各个微型干涉仪中深度(高度)各不相同，因此在不同的微型干涉仪中，同一波长的光通过凹槽(台阶)后的相位变化各不相同；另一个凹槽(台阶)的深度在不同的微型干涉仪中始终相同，甚至深度(高度)为0。凹槽(台阶)的宽度都为波长量级，即在几百个纳米到几个微米之间。

由于入射光经过两个凹槽(台阶)后相位差不同，出射的相干光束在凹槽(台阶)底部的CCD面元(面元上只留直径小于波长的小孔透光，其他面积被遮住)处产生的光强大小对于不同的微型光谱仪各不相同。因此对各个CCD面元所测得数据进行反演就可以得到入射光的光谱信息。

但该方法尚有如下一些缺陷：

首先，该方法假设入射光是均匀的平行光入射。但实际入射的光不可能是完全均匀的平行光。如果入射到各个微型干涉仪上的光强不均匀，就不能得到入射光的光谱信息。

其次，根据通过CCD得到各个面元上的干涉光强的大小，如何反演得到入射光的光谱信息？传统的方法是通过付里叶变换，但是由于器件材料本身的吸收以及波导效应的影响，实际上通过两个凹槽(台阶)的光不能完全相互干涉。因此用付里叶变换的方法，将会导致很大的误差。

再次，不能保证该光谱仪有较宽的频率测量范围的同时，有很高的频谱分辨率。在提高分辨率的同时，不能保证复原的光谱没有明显的失真。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种相位调制阵列微型光谱仪的光谱复原方法。本方法解决了背景技术中入射光不均匀，测量频率范围宽的同时如何保证分辨率高且没有明显失真等技术问题。

技术方案：本发明的技术解决方案是：一种相位调制阵列微型光谱仪的光谱复原方法。该方法包括：

1)对入射光进行光学整形，使得光强均匀的平面光垂直入射到微型干涉仪阵列表面；

2)对CCD所得数据进行修正，修正由于暗电流及探测器响应不均匀等原因所引起的测量误差；

3)根据CCD的频率探测范围[f_a，f_b]以及微型干涉仪的数量n，将该频段分成n等份，每一份只取它的中心频率，每一份频宽为(f_b-f_a)/n，该频宽即为第一次光谱复原的频率分辨率；为了避免较大的失真，n的数目至少在50以上。这里f表示某个频率，下标a，b，c，d等等用于区分不同频率。

4)根据事先测得的各个频率的光通过各个微型干涉仪的透射率(测该透射率时，入射光为通过均光、准直系统之前的光)，以及各CCD实际所得值，组成一个线性方程组；

5)该线性方程组用Tikhonov正则化方法求解(该方程组由于测量误差，实为病态方程组，用一般方法很难求解)；

6)光谱辐射定标，得到入射光的光谱；

7)如果需要较高的光谱频率分辨率，需要再次进行光谱复原。有以下两种方法：

第一种方法适合研究入射光谱的谱线比较窄的整个光谱，那么

a.根据第一次光谱复原得到的谱线，知道该入射光谱大致的频率范围[f_c，f_d]，[f_c，f_d]是[f_a，f_b]范围的其中一部分，将[f_c，f_d]分成n等份，每一份只取它的中心频率，每一份频宽为(f_d-f_c)/n，该频宽即为第二次光谱复原的频率分辨率；

b.根据事先测得的各个频率的光通过各个微型干涉仪的透射率(测该透射率时，入射光为通过均光、准直系统之前的光)，以及各CCD实际所得值，组成一个线性方程组；

c.该线性方程组用Tikhonov正则化方法求解；

d.光谱辐射定标，得到入射光的光谱；

e.如果需要更高的光谱频率分辨率，可再进行第三，第四次光谱复原。

第二种方法适合入射光谱的谱线比较宽的整个光谱(要分成几段分别进行复原)或只研究入射光谱的其中某个频段，那么