[发明专利]光栅光谱仪的波长校准方法

说明书

提供了一种光栅光谱仪的波长校准方法，包括：通过旋转可旋转光栅将校准光源的多个特征峰分别移动到探测器的中心位置，确定可旋转光栅的光栅转角与中心波长之间的函数关系；以及通过分析多个中心波长下获取的多幅光谱图，确定以下用于在中心波长确定时计算在探测器的成像范围内的每个像素处的对应波长的物理模型中的参数、f、a、b、c，其中，为通过所述函数关系确定的与中心波长对应的光栅转角，为光谱仪的内置角，f为光谱仪的焦距，m为光栅衍射级次，N为光栅刻线数（单位为line/mm），且nx为相应像素与中心像素之间的距离。

技术领域

本公开总体上涉及光谱仪技术领域，更具体而言涉及一种包括可旋转光栅的光谱仪的波长校准方法。

背景技术

光谱仪是进行光谱研究和物质的光谱分析的仪器，它的基本作用是测量被研究光的光谱组成，包括它的波长、强度与轮廓等。光谱仪通常由光源和照明系统、准直系统、色散系统、成像系统以及信号收集系统组成。对光谱仪来说，通过色散元件（例如，可旋转光栅）将复合光分散成谱带，并且投射到CCD探测器上。因此，在利用光谱仪测量未知的光谱信息之前，需要提前对光谱仪进行波长校准。

光谱仪的波长校准需要利用校准光源，这些校准光源发射的光谱为线谱，并且它的特征峰的波长为已知，采集CCD探测器上的光谱，标记已知的特征峰，利用这些特征峰建立适当的物理模型，进而能够根据该物理模型计算出任意像素位置的波长值。对于光栅可旋转光谱仪来说，光栅每旋转一个角度，CCD探测器上探测到的光谱发生变化，因此所建立的物理模型需要适应不同的角度。光谱仪的波长校准的精确度依赖于校准光源的特征峰的数量以及光谱仪的波长校准物理模型的精确度。在校准光源的特征峰一定的情况下，需要建立更精确的波长校准物理模型。

发明内容

根据本公开的实施例，提供了一种用于光谱仪的波长校准方法，所述光谱仪包括可旋转光栅，所述方法包括：通过旋转所述可旋转光栅将校准光源的多个特征峰分别移动到所述光谱仪的探测器的中心位置，确定所述可旋转光栅的光栅转角与中心波长之间的函数关系；以及通过分析多个中心波长下获取的多幅光谱图，确定以下物理模型中的参数、f、a、b、c，所述物理模型用于在所述中心波长确定时计算在所述探测器的成像范围内的每个像素处的对应波长，

其中，为通过所述函数关系确定的与所述中心波长对应的所述光栅转角，为所述光谱仪的内置角，f为所述光谱仪的焦距，m为光栅衍射级次，N为光栅刻线数（单位为line/mm），nx为相应像素与中心像素之间的距离，并且a、b、c为距离优化参数。

在一些实施例中，确定所述可旋转光栅的光栅转角与中心波长之间的函数关系包括：将所述可旋转光栅旋转不同角度，以将所述校准光源的相应特征峰移动到所述探测器的中心位置；获取相应中心波长以及用于将所述相应特征峰移动到所述探测器的中心位置的相应光栅转角；以及通过所获取的多组中心波长和光栅转角，基于以下线性函数进行拟合以获得参数k、s的值，

其中，为相应中心波长并且为用于将所述相应特征峰移动到所述探测器的中心位置的相应光栅转角。

在一些实施例中，通过最小二乘法进行所述拟合。

在一些实施例中，确定所述物理模型中的参数、f、a、b、c包括：通过所述可旋转光栅将所述校准光源的多个特征峰分别移动到所述探测器的中心位置并且分别采集其光谱图；通过相应中心波长利用所述函数关系来确定相应光栅转角；获取每幅光谱图中的多个特征峰的波长值及其像素位置nx；以及通过所获取的相应光栅转角，多个特征峰的波长值及其像素位置nx，基于所述物理模型进行拟合以获得所述参数、f、a、b、c。

在一些实施例中，通过最小二乘法进行所述拟合。

在一些实施例中，通过步进电机来旋转所述可旋转光栅。

在一些实施例中，所述校准光源包括发射线谱的光源。

在一些实施例中，所述光源包括汞灯，氖灯，氪灯中的任一种。