[发明专利]衍射孔阵列结构微型光谱仪及其高分辨率光谱复原方法

权利要求书

1.  一种衍射孔阵列结构微型光谱仪，其特征在于该衍射孔阵列结构微型光谱

仪包括：

1.）一层基底，采用透明材料制作；

2.）一个构建在基底上表面的挡光层中的衍射孔二维阵列，该挡光层由不透明材料制成，该衍射孔二维阵列中的各个孔的孔径大小不等，孔径尺寸与入射光波长接近，各个衍射孔的深度相同且都等于挡光层厚度；

3.）基底下方设有探测阵列芯片，该探测阵列芯片采用电荷耦合元件CCD或者互补金属氧化物半导体元件CMOS，每一个衍射孔的正下方都对应设置探测阵列芯片中的一个像素元，这些像素元经过校准后，能确保相同波长、相同功率的光入射到这些像素元时，各像素元输出的数据相同；

4.）基底和探测阵列芯片有两种设计，一是在探测阵列芯片和基底间设有遮光板以遮住各像素元的大部分面积，以提高器件灵敏度；该遮光板由不透明材料制成，在衍射孔中心正下方的遮光板上留有一系列孔径相同的透光小孔，每个透光小孔下对应设置一个像素元，采集数据时仅取透光小孔下像素元的数据；二是不设遮光板，但是在采集数据时仅取衍射孔中心正下方的像素元的数据；

5.）在衍射孔二维阵列上方设有两个共焦的透镜，在两个共焦的透镜之间的焦点处的遮光板中有一个小孔，该装置用以准直入射光；

6.） 一组计算分析部件，用来分析和计算探测阵列芯片采集到的数据以进行光谱复原。

2. 一种衍射孔阵列结构微型光谱仪的高分辨率光谱复原方法，其特征在于：

根据衍射孔的数量将探测阵列芯片所能探测的波长或频率范围均匀划分成n份，每一份取其中心波长或中心频率；事先测得探测阵列芯片中各个衍射孔正下方的各个像素元对各个中心波长或中心频率光的探测率，该探测率是一个比值，其分子是其中一个中心波长或中心频率光被另一个像素元探测到的功率，分母是入射到衍射孔阵列之前该波长或频率光功率；

入射光经过衍射孔阵列后会发生衍射，成像阵列芯片中位于各个衍射孔正下方的像素元会接收到相应的衍射光功率；将不同像素元对不同中心波长或中心频率光的探测率、各个像素元所接收到相应的衍射光功率以及入射光中各中心波长或中心频率所对应的光谱功率分别作为系数矩阵、增广矩阵和未知数矩阵组成一个线性方程组，采用Tikhonov正则化方法求解该线性方程组，就可以得到入射光各中心波长或中心频率对应的归一化光谱功率，然后将这些光谱功率值进行线性拟合并经光谱辐射定标，得到入射光的光谱，即完成高分辨率光谱复原。

3. 根据权利要求2所述的衍射孔阵列结构微型光谱仪的高分辨率光谱复原方法，其特征在于所述高分辨率光谱复原，还可根据前一次光谱复原的结果判断光谱大致分布位置或者通过加入滤波镜的方法缩小波长或频率划分范围进行多次复原，获得更高的分辨率的复原光谱。