[发明专利]一种获取光源光谱的方法

说明书

技术领域

本发明属于光谱测量技术、集成光波导电光调制技术、离散傅立叶变换技术等技术领域，是涉及一种基于集成光波导电光调制技术获取光源光谱的方法。

背景技术

商业化傅里叶变换光谱仪具有较高的光谱分辨率和信噪比，在环境监测、食品安全检测、产品质量检测、防化反恐、生物医学、石油化工、空间探测、材料研发等众多领域有着广泛应用。但是，商业化的傅里叶变换光谱仪由分离光学元件构成，体积大，价格高，抗震性差，不适合携带和现场快速检测。为了满足现场实时光谱检测和在线提供光谱数据的现实需求，对微小型光谱仪的研发在国内外获得了高度重视。国际上研究较多的微小型傅里叶变换光谱仪是基于动镜迈克尔逊干涉仪系统的微型化，但这种微光谱仪仍由分离元件组成，仍然存在抗机械振动性差，性能易受环境温度、湿度、气压及气氛变化的干扰等问题。这些微小型傅立叶光谱仪目前仍停留于实验室制发阶段。

集成光波导电光调制器可用于制作微小型静态傅里叶变换光谱仪，这种光谱仪完全不同于传统的动镜迈克尔逊干涉仪结构的傅里叶变换光谱仪，具有不含运动部件，抗干扰能力强，光谱测试范围宽，适合携带和现场快速光谱检测等优点，显示出广阔的应用前景。但是，如何在不需要确定集成光波导电光调制器的波导结构参数和色散特性以及电极结构参数的情况下准确建立基于集成光波导电光调制技术的光谱确定方法，仍然是一个需要研究的问题，据我们所知，目前还未见相关报导。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明的目的是提出一种基于集成光波导电光调制技术获取光源光谱的方法。

为达成所述目的，本发明提供一种基于集成光波导电光调制技术的获取光源光谱的方法，所述获取光源光谱的方法包含以下步骤：

步骤1：将已知波长的单色光光源和光探测器分别与集成光波导电光调制器光输入端和光输出端进行光连接，将信号控制与处理模块分别与集成光波导电光调制器的调制电极和光探测器输出端电连接；

步骤2：通过信号控制与处理模块给集成光波导电光调制器施加调制电压，利用多种已知波长的单色光光源测量集成光波导电光调制器在不同波长下的半波电压V_π，建立半波电压V_π与波长λ的单调函数关系V_π＝f(λ)；

步骤3：用未知光源取代已知波长的单色光光源，利用信号控制与处理模块给集成光波导电光调制器施加随时间t线性变化的调制电压U＝S_p·t+U₀，并利用该信号控制与处理模块同步同频记录调制电压和光探测器输出信号，得到集成光波导电光调制器输出光强随调制电压变化的干涉图谱，其中，S_p为调制电压变化速率，U₀为初始调制电压；

步骤4：对测得的光探测器输出信号采样序列进行离散傅立叶变换，并根据公式：V_π＝(S_p·N)/(2·m·f_s)，得到半波电压-光功率谱图；其中，N为光探测器输出信号采样序列长度，m为采样序列中的某个采样点数，f_s为米样频率；

步骤5：利用已建立的半波电压与波长的单调函数关系V_π＝f(λ)，将半波电压-光功率谱图转化为波长-光功率谱图，获取未知光源的光谱。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：本发明通过利用多种已知波长的单色光光源测量集成光波导电光调制器在不同波长下的半波电压，建立半波电压与波长的单调函数关系；把未知光源与同一集成光波导电光调制器光连接之后，测量该集成光波导电光调制器随调制电压线性变化的干涉图谱，再对测得的干涉图谱进行傅里叶变换处理，得到入射光功率随半波电压的分布曲线，再利用已经建立的半波电压与波长的对应关系得出入射光功率随波长的分布曲线，由此获得未知光源的光谱。该方法无需确定集成光波导电光调制器的各种参数，操作简便、精确度高、抗干扰能力强，不仅能确定光源光谱，还可用于测量物质的可见-红外吸收光谱和荧光光谱。

1、本发明方法所使用的集成光波导电光调制器的制作工艺已经成熟，基于集成光波导电光调制技术的光谱确定方法实现成本较低。

2、本发明方法不需要测定集成光波导电光调制器的各种光学参数和几何参数就能够准确确定光源光谱，简单易行。

3、基于本发明方法制备的光谱仪体积小、重量轻、便于携带。

4、本发明方法，可实现实时连续光谱分析，在选取较高的调制电压频率时，可以实现很短的光谱分析间隔(＜0.1s)。