[发明专利]一种可编程衍射光栅型阿达玛变换光谱仪

说明书

本发明公开的可编程衍射光栅型阿达玛变换光谱仪，包括第一单色仪、第二单色仪和可编程衍射光栅；第一单色仪包括入射狭缝、准直镜Ⅰ、光栅Ⅰ和聚光镜Ⅰ，将通过入射狭缝入射光线经准直镜Ⅰ准直后，经过光栅Ⅰ分光后经聚光镜Ⅰ成像到所述可编程衍射光栅上；第二单色仪包括准直镜Ⅱ、光栅Ⅱ、聚光镜Ⅱ和位于出射狭缝处的探测器，接收可编程衍射光栅5的反射光线，反射光线经准直镜Ⅱ准直后经光栅Ⅱ衍射，然后经聚光镜Ⅱ汇聚光谱图像到所述探测器上。通过微型光机电器件替代机械模板扫描，避免机械故障、结构简单、容易实现、信噪比高、光谱成像质量好，广泛应用于环境分析、资源勘测、医疗分析检测、空间探测、气象、军事分析等方面。

技术领域

本公开属于光谱仪技术领域，特别是涉及到一种可编程衍射光栅型阿达玛变换光谱仪。

背景技术

阿达玛变换光谱仪(HTIS)是基于平面波函数的一种变换，具有高信噪比、单探测器多光谱通道同时检测等优点，特别适用于微弱光谱测量及图像分析，在荧光、红外和拉曼光谱成像等方面都有重要应用。从数学上讲，阿达玛变换(HT)实际上是统计学中的称量设计在光学中的应用。n个物体，分组称量所得各物体的重量，比一个一个单独称出的重量要准确。因此，如采用n个阿达玛变换模板对试样信号进行调制，可得到n个调制的信号，用探测器检测每一个调制信号的量值，n次测量后则可以通过阿达玛变换把n次测得的调制信号还原成试样的信号。在常规测量中，探测器在每一时间间隔里只检测一个分辨单元的信号强度，而阿达玛变换多通道检测技术在同一时间里却可以同时检测多个分辨单元里组合信号的总强度。在相同的实验条件下，经阿达玛变换后，信号的均方差可减小(n+1)2/4n倍，信噪比可提高(n+1)/2n^1/2倍。

目前，多数科研机构研制的阿达玛变换光谱仪都基于移动式机械模板，这种模板一般根据循环矩阵S制作，为一系列刻制在透明物质上的狭缝阵列。一般在玻璃或石英片上镀一层不透光的金属薄膜，再用腐蚀或直接刻制、或用照像胶片的负片来制作模板。由于循环S矩阵是左循环矩阵，因此从原理上讲可根据循环S矩阵的第一行将阿达玛模板设计成左向循环移动式一维模板，并用来对一维光谱进行多通道分辨。如果用单个探测器检测一维编码信号，则只能获得一维信息。因此如果将一维模板折叠成二维模式，则可实现空间信息的多通道分辨，用单个线性阵列探测器即可获得丰富的二维信息。移动式机械模板一般用石英玻璃制作，对光信号不会因模板吸收而导致信号损失，码元对光的调制只存在两种工作状态(透光为1，不透光为0)，数据可靠，各码元之间不存在间隙，在使用时是严格按照阿达玛变换光学编码进行调制的，无需再对光刻模板采集的数据进行校正。但由于模板制作麻烦，移动式机械模板需采用步进电机驱动，带来误差，容易导致机械故障，应用不便。

研究无需移动机械模板，完全可以通过微型集成光机电器件独自实现阿达玛变换的光谱仪具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种可编程衍射光栅型阿达玛变换光谱仪，通过微型集成光机电器件替代机械模板扫描，避免机械故障、结构简单、容易实现、信噪比高、光谱成像质量好，广泛应用于环境分析、资源勘测、医疗分析检测、空间探测、气象、军事分析等方面。

根据本公开的一方面，提出了一种可编程衍射光栅型阿达玛变换光谱仪，所述光谱仪包括：第一单色仪、第二单色仪和可编程衍射光栅；

其中，所述第一单色仪，包括入射狭缝、准直镜Ⅰ、光栅Ⅰ和聚光镜Ⅰ，用于将通过入射狭缝入射光线经准直镜Ⅰ准直后，再经过光栅Ⅰ分光后经聚光镜Ⅰ成像到所述可编程衍射光栅上；

所述第二单色仪，包括准直镜Ⅱ、光栅Ⅱ、聚光镜Ⅱ和位于出射狭缝处的探测器，用于接收所述可编程衍射光栅5的反射光线，所述反射光线经所述准直镜Ⅱ准直后经所述光栅Ⅱ衍射，然后经聚光镜Ⅱ汇聚光谱图像到所述探测器上。

在一种可能的实现方式中，所述可编程衍射光栅为微光机电元件，由多条固定或移动交替的带状板组成。

在一种可能的实现方式中，所述带状板的形状相同，且相互平行。