[发明专利]一种微型光谱仪模组及实现微型光谱仪模组高分辨率的方法

权利要求书

1.实现微型光谱仪模组高分辨率的方法，其特征在于：微型光谱仪模组包括色散元件和探测器阵列；微型光谱仪模组在使用前利用基于波长可调的准单色光源的预置校准测试系统进行预置校准，在使用过程中结合预置校准信息、基于数据处理算法进行光谱重构。

2.如权利要求1所述实现微型光谱仪模组高分辨率的方法，其特征在于：所述的预置校准测试系统，包括：校准光源、被校准的微型光谱仪模组、以及与所述微型光谱仪模组相匹配的信号处理系统、控制系统和输入/输出终端等设备，校准光源为波长可调的准单色光源；所述校准光源输出的具有不同波长的各个准单色光具有较窄的光谱线宽和较小的可调波长间隔，且各个准单色光的波长位置较为均匀地分布在被校准微型光谱仪模组的工作波段范围内；所述校准光源输出的准单色光具有稳定、可控的输出功率。

3.如权利要求2所述实现微型光谱仪模组高分辨率的方法，其特征在于：其中的校准光源为由多个具有不同波长的准单色光源构成的波长可调的准单色光源，或为通过调谐内部谐振腔参数来实现具有不同波长的准单色光输出的光源。

4.如权利要求2所述实现微型光谱仪模组高分辨率的方法，其特征在于：其中的校准光源基于标准宽带光源、用可调单色仪或可调滤光器来获得具有不同波长的准单色光。

5.如权利要求1所述实现微型光谱仪模组高分辨率的方法，其特征在于：所述的光谱重构为：

设所用光谱分析模组的预置校准信息包括：校准光源输出准单色光波长为λ_i(i＝1,2,…,L)，对应的输出功率为P₀(λ_i)，所设定探测器阵列的积分时间为t_c，对应于探测器阵列中各个探测器单元所接收光信号强度的数字信号所表征的强度为c_0j(λ_i)(j＝1,2,…,K)。

设在对待测信号光进行测试中，对应于探测器阵列中各个探测器单元所接收光信号强度的数字信号所表征的强度为r_0j(j＝1,2,…,K)，所设定探测器阵列的积分时间为t_r。

令c_j(λ_i)＝c_0j(λ_i)/P₀(λ_i)，r_j＝r_0j(t_r/t_c)，则待测信号光的实际光谱s(λ)可以基于下面的表达式对其离散解s(λ_i)进行计算来进行重构：

或写为：R＝CS，其中R＝[r_j]^T，C＝[c_j(λ_i)]，S＝[s(λ_i)]^T。上式中也可引入一个噪声项N＝[n_j]^T，从而使上式写为：R＝CS+N。另外，上式中矩阵R、C和S乘以用于表征归一化、离散化或物理量转换等相关的常数不改变上述公式的意义和适用性。

6.一种微型光谱仪模组，其特征在于：微型光谱仪模组的光学系统包括一个光阑、两个单透镜、一个光栅和一个探测器阵列；所述微型光谱仪模组在使用前需要基于本发明权利要求1、权利要求2和权利要求5中提供的方法对其进行预置校准，并在用其进行光谱测试时需要结合预置校准信息通过数据处理计算来进行光谱重构。