[发明专利]一种基于数字光阑技术的高通量傅里叶变换光谱检测方法

说明书

本发明公开了一种基于数字光阑技术的高通量傅里叶变换光谱检测方法，所述方法包括以下步骤：以大口径JStop条件下的高通量傅里叶变换光谱为修复对象，通过数字光阑，对高通量傅里叶变换光谱进行数字形式的修复处理，以此改善光谱的加宽和偏移状态，获得具有较高光通量和光谱分辨率的复原光谱；以小口径JStop条件下的高分辨傅里叶变换光谱为参考对象，通过复原光谱与参考对象的比对，验证数字光阑技术的可靠性和准确性。本发明突破常规傅里叶变换光谱仪中由JStop决定的光通量和光谱分辨率之间的相互限制，大幅度提高傅里叶变换光谱的光通量，从而进一步提高信噪比。

技术领域

本发明涉及傅里叶变换光谱检测领域，尤其涉及一种基于数字光阑技术的高通量傅里叶变换光谱检测方法。

背景技术

傅里叶变换光谱仪是对物质进行定性分析和定量检测的重要光谱检测工具，目前，被广泛地应用在众多领域，包括：食品业、制药业、化工产业、安全领域以及环保领域等，尤其适用于微弱信号的测量。相比于色散型光谱仪，傅里叶变换光谱仪具有高通量的优势。与色散型光谱仪不同，傅里叶变换光谱仪中没有设置狭缝，而是设置有Jacquinot光阑(JStop^[1][2])，在光谱分辨能力相同的情况下，傅里叶变换光谱仪的光通量是色散型光谱仪的约60倍。因此，傅里叶变换光谱往往具有较高的信噪比。

然而，JStop的设置会不可避免地引起光谱的加宽和偏移。不同于理想点光源形成的完全准直光束，JStop具有一定的孔径，穿过JStop的光源光束经过准直镜后，具有一定的发散角。由于发散角的存在，导致光束中的不同光线在迈克尔逊干涉仪中的传播路径不同，形成的光程差不一致。正是因为光程差的不一致，产生了光谱的加宽和偏移现象。虽然JStop孔径越大，光通量越大，但是光谱的加宽和偏移也会越明显。因此，常规的傅里叶变换光谱仪中均存在由JStop决定的光通量和光谱分辨率相互限制的问题。目前，还没有有效的优化方法去突破光通量和光谱分辨率的相互权衡，通常的选择则是牺牲光通量去获得较高的光谱分辨率。因此，急需有效的技术手段在保持较高光谱分辨率的同时实现光通量的大幅度提高。

参考文献

[1]李志刚,齐文宗,李福田.软X射线-真空紫外傅里叶变换光谱仪及其光谱分辨率研究[J].光学精密工程,1998,6(5):84-90.

[2]Saptari V.Fourier transform spectroscopy instrumentationengineering[M].SPIE press,2004.

发明内容

本发明提供了一种基于数字光阑技术的高通量傅里叶变换光谱检测方法，本发明突破常规傅里叶变换光谱仪中由Jacquinot光阑(JStop)决定的光通量和光谱分辨率之间的相互限制，大幅度提高傅里叶变换光谱的光通量，从而进一步提高信噪比，详见下文描述：

一种基于数字光阑技术的高通量傅里叶变换光谱检测方法，所述方法包括以下步骤：

以大口径JStop条件下的高通量傅里叶变换光谱为修复对象，通过数字光阑，对高通量傅里叶变换光谱进行数字形式的修复处理，以此改善光谱的加宽和偏移状态，获得具有较高光通量和光谱分辨率的复原光谱；

以小口径JStop条件下的高分辨傅里叶变换光谱为参考对象，通过复原光谱与参考对象的比对，验证数字光阑技术的可靠性和准确性。

所述通过数字光阑，对高通量傅里叶变换光谱进行数字形式的修复处理具体为：

通过反演计算，对加宽、偏移明显的高通量傅里叶变换光谱进行处理，获得具有较高光通量和光谱分辨率的傅里叶变换光谱。

所述通过反演计算，对高通量傅里叶变换光谱进行处理具体为：

获取复原光谱p₀：