[发明专利]一种基于虚像相位阵列的多通道光谱测量系统

说明书

一种基于虚像相位阵列的多通道光谱测量系统,由多通道光学接收部分、虚像相位阵列、匹配光学汇聚部分、面阵光电探测器、光谱采集和处理部分构成。多通道光学接收部分独立接收多个被测目标信号。多通道信号由同一个虚像相位阵列进行光谱分光。多目标的光谱信息由同一个面阵光电探测器接收。基于虚像相位阵列的多通道光谱测量系统不仅可以缩短测量时间，而且在测量同步性和测量一致性方面有优势。

技术领域

本发明涉及一种基于虚像相位阵列的多通道光谱测量系统，更具体地说属于一种以单个虚像相位阵列作为色散器件的多通道光谱测量系统。

背景技术

基于光学色散器件的光谱测量是一类重要的光谱测量技术。目前，常用的色散器件有棱镜、衍射光栅、法布里－珀罗（Fabry–Pérot）干涉仪等。

多通道光谱测量可以同时获得多个被测目标的光谱特性，不仅可以缩短测量时间，而且在测量同步性和测量一致性方面有优势。利用法布里－珀罗（Fabry–Pérot）干涉仪难以实现多通道光谱测量。利用棱镜和衍射光栅可以实现多通道光谱测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于虚像相位阵列的多通道光谱测量系统。每个被测目标作为一个通道，利用各自的光学接收系统汇聚成线光源。每个通道的光学特性可以相同，也可以不同。系统中采用单个虚像相位阵列作为色散器件，将输入的线光源色散为二维空间排列的光谱信号。每个通道输出的线光源分别作为虚像相位阵列输入线光源的一段，相互之间不重叠。虚像相位阵列的输出为平行光，经过聚焦后在焦平面形成二维光谱图像。每个被测目标的光谱信息对应于二维光谱图像的特定部分，相互之间不重叠。二维光谱图像由面阵光电探测器接收，即每个通道的光谱图像由面阵探测器特定区域像元接收。通过对面阵光电探测器进行图像采集和处理，可以同步得到多个探测目标的光谱数据。

虚像相位阵列的角色散公式为：

其中，θ_i是线光源的虚像相位阵列入射角；n_r是构成虚像相位阵列反射腔内材料的折射率系数；θ_in由n_rsin(θ_in)=sin(θ_i) 计算出，是虚像相位阵列内部反射角；θ_λ是虚像相位阵列出射角；λ₀由mλ₀=2tn_rcos(θ_in)确定，m为整数，t 是虚像相位阵列厚度；λ_p是虚像相位阵列输出的干涉条纹峰值波长。

由公式（1）可知，不同的虚像相位阵列线光源入射角θ_i对应于不同的虚像相位阵列输出干涉条纹特性。因此，各个通道可以采用个不同的虚像相位阵列线光源入射角θ_i，以获得虚像相位阵列不同的输出光谱特性。