[发明专利]液晶调制光学相控阵列式光谱仪、探测方法

说明书

技术领域

本发明属于光谱仪领域，具体是一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪、探测方法。

背景技术

光谱仪用于获取探测物点的光谱信息，利用光谱“指纹”效应，能够进行物质识别、检测和分析，被广泛应用于化工分析、农产品检测、污染物分析、有害气体检测等众多领域，成为众多实验室的标配仪器。

根据分光方式的不同，目前市售光谱仪主要包括色散分光型和干涉型（傅里叶型），其中干涉型在中、远红外光谱波段具有较高的信噪比，一般用于长波长光谱探测，该类仪器一般价格较高，应用领域相对固定。而在紫外、可见光、近红外波段，则以光栅色散分光型为主。光栅光谱仪根据分辨率、信噪比等指标要求，分为固定式和光栅扫描型，其中固定式光栅光谱仪采用线阵CCD探测器，光谱分辨率和仪器信噪比较差；扫描型光栅光谱仪采用点探测器，通过旋转光栅的方法获取光谱信息，具有高光谱分辨率、高信噪比的优点。但是由于需要精密运动部件控制光栅，扫描型光栅光谱仪需要精密电机、编码器、运动反馈系统等元器件，导致扫描型光栅光谱仪技术难度大、价格高；此外由于运动部件不固定，导致仪器抗震动能力差。

发明内容

针对现有技术光栅光谱仪中存在的不足，本发明提供了一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪及探测方法，无需运动部件即可获取物点高分辨率光谱信息。

本发明采用下面的技术方案：

一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪，包括分光系统、光探测器和数据处理系统，所述分光系统具有液晶调制光学相控阵列单元，用于将待测点发出的光束按不同波长成分分解；光探测器，探测被分解的光束，将光信号转化为电信号；数据处理系统与所述光探测器相连，用于得到待测点的光谱曲线。

进一步的，所述分光系统包括沿光路方向依次设置的前置光学系统、入射狭缝、准直物镜、液晶调制光学相控阵列单元、聚光物镜、出射狭缝和中继镜。

进一步的，所述液晶调制光学相控阵列单元由液晶调制器件和控制电路组成，通过控制电路改变液晶调制器件中液晶单元的偏转方向，从而改变出射不同波长光束的出射角，使不同波长的出射光束依次汇聚于出射狭缝。

进一步的，所述入射狭缝位于所述准直物镜的前焦面位置，出射狭缝位于所述聚光物镜的后焦面位置；所述出射狭缝和光探测器的靶面关于中继镜成物像对应关系。

进一步的，所述准直物镜采用折射型镜头或反射型镜头。

进一步的，所述前置光学系统采用光纤或聚光物镜。

进一步的，所述光探测器采用点探测器。

本发明还提供了另一技术方案：

一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪的光谱探测方法，采用液晶调制光学相控阵列对待测点发出的光束按不同波长成分进行分光，并实时调节不同波长光束的出射角，使不同波长的出射光束会聚于一点，探测该点的光信号，得到待测点的光谱曲线。

进一步的，可以对所述待测点发出的光束依次进行空间滤波、准直，生成平行光，然后再采用液晶调制光学相控阵列对待测点发出的光束按不同波长成分进行分光。

进一步的，可以对所述会聚于一点的出射光束进行中继传输，用于远距离探测。

本发明的工作流程：

探测点发出的光束首先经过前置光学系统汇聚在入射狭缝处，经过入射狭缝的空间滤光后经过准直物镜，形成平行光束；

平行光束进入液晶调制光学相控阵列单元，过液晶调制光学相控阵列的光束空间调制作用后，不同波长的光束以不同入射角进入聚光物镜；

液晶调制光学相控阵列单元的控制电路通过控制液晶调制器件中液晶单元的分布情况，改变出射不同波长光束的出射角，从而使得不同波长的出射光束能够依次汇聚于出射狭缝；

经过出射狭缝的光谱滤光作用后，透光狭缝的光束经过中继镜转折作用，汇聚在点探测器靶面，点探测器将光信号转化为电信号，输入数据处理系统，最终得到探测物点在特定的光谱范围内完整的光谱曲线。

本发明的有益效果：

本发明的一种液晶调制光学相控阵列式光谱仪及探测方法，无需运动部件推扫即可获取物点的高分辨率的光谱信息。与现有技术相比，由于无机械运动部件，可以消除运动引起的振动等对复原光谱精度的影响。

本发明系统结构牢固、紧凑，抗震动能力强；采用点探测器，能够获取较高的分辨率的光谱信息和较高的信噪比。

附图说明

附图1为本发明的整体结构示意图