[发明专利]一种基于射频编码的高速大动态范围光谱测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于射频编码的高速大动态范围光谱测量方法及系统，该方法为：具有大强度范围的待测光信号经射频‑光谱空间编码器衍射后，光信号的不同波长成分的光被分散到不同的衍射角；控制输入射频‑光谱空间编码器的射频驱动信号频率，使成分光的空间衍射角度发生变化，从而所有成分光都被高速光电探测器探测到；利用光场放大器对较弱成分光继续放大和控制器处理计算，依次测量不同强度范围内的光谱，最后通过重建处理获得完整的大动态范围的光谱信息，实现高速大动态范围光谱测量。

技术领域

本发明涉及光信号测量技术领域，特别涉及一种基于射频编码的高速大动态范围光谱测量方法及系统。

背景技术

传统的光谱测量技术采用的是光栅推扫成像，由于CCD相机的限制，测量分辨率和刷新率均存在不足，动态范围也有限，难以满足在超快现象的探测、超快成像等应用的需要。此外，传统的光谱仪不仅可选择的扫描波段固定有限、无法实现高速测量，而且其体积笨重、成本昂贵。

发明内容

本发明提出了一种基于射频编码的高速大动态范围光谱测量方法及系统，所要解决的问题主要是实现对具有大强度范围的激光光谱进行高速测量，在实现高速测量的基础上，实现了大动态范围的观察能力。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

本发明首先提出一种基于射频编码的高速大动态范围光谱测量方法，包括以下步骤：

A、待测光信号经过射频-光谱空间编码器，产生射频-光谱空间编码光，可视为衍射光，其中零级光与入射光同方向，一级衍射光的不同波长的衍射光空间角度不同；

B、在相对零级光方向某一角度位置分别前后放置光场放大器及高速光电探测器，并使其固定且正对射频-光谱空间编码器的一级衍射光出射点；

C、利用任意波形发生器产生射频信号去驱动射频-光谱空间编码器，不同的驱动频率信号会使同一波长的衍射角度发生线性偏移；

D、利用任意波形发生器控制射频驱动信号的频率，使在固定位置的高速光电探测器探测到随时间变化的不同波长的衍射信号；

E、高速光电探测器将光信号转换成电信号，传递到控制器；

F、控制器接收电信号，计算得到相应的光强信息；

G、根据衍射角、光场放大器放大倍数及射频驱动信号的频率，控制器计算得到相应的波长信息，并与光强信息一同记录，得到待测光信号光谱1；

H、控制器改变光场放大器放大倍数，调节射频驱动信号的频率去探测待测光信号除光谱1的波长范围外的光谱信息，重复步骤C至G，得到光谱2；

I、同步骤H，继续利用控制器去探测除光谱1和光谱2的波长范围外的光谱信息，得到光谱3，以及同理继续利用控制器得光谱n，n为自然数；

J、将光谱1、光谱2、光谱3、……和光谱n通过重建处理，最终可得到待测光信号的大动态范围完整光谱。

进一步地，所述步骤I和所述步骤J中的射频驱动信号的频率均由控制器计算和任意波形发生器产生。

进一步地，根据已得到光谱的波长范围，采用步骤H和步骤I依次类推的光谱测量方法，最终实现n×M的高速大动态范围光谱测量，n为自然数，M为高速光电探测器的动态范围。

本发明同时提出了一种基于射频编码的高速大动态范围光谱测量系统，包括射频-光谱空间编码器、任意波形发生器、光场放大器、高速光电探测器和控制器；

所述射频-光谱空间编码器，用于将入射的待测光信号进行衍射，使不同波长成分的光分散到不同的空间衍射角方向；

所述任意波形发生器，用于产生射频驱动信号，并提供给射频-光谱空间编码器，通过不同频率的射频驱动信号控制不同波长成分的光的空间衍射角；