[发明专利]基于电控液晶的像素化光谱仪

摘要

本发明涉及一种基于电控液晶的像素化光谱仪，属于光谱探测及液晶技术领域。该光谱仪包括依次设置的带通滤波片、起偏器、电控的液晶单元、检偏器和光电探测器；入射光依次经过带通滤波片、起偏器、电控的液晶单元、检偏器，最后达到光电探测器；所述带通滤波片设置在该光谱仪的最前端，紧靠起偏器，其波段范围与光谱仪的一致；所述液晶单元大小为一个像素，在其两端加载电控装置，实现电压可控；两个偏振片分别为相互垂直的起偏器和检偏器，紧靠液晶单元的两侧；所述光电探测器为光电二极管、CCD或CMOS的一个像素。该光谱仪利用双折射液晶的宽带滤波特性即得到了高分辨率的光谱探测性能，且器件在尺度上只有一个像素大小，体积小、易集成。

主权项

一种基于电控液晶的像素化光谱仪，其特征在于：所述光谱仪包括依次设置的带通滤波片、起偏器、电控的液晶单元、检偏器和光电探测器；入射光依次经过带通滤波片、起偏器、电控的液晶单元、检偏器，最后达到光电探测器；所述带通滤波片设置在该光谱仪的最前端，紧靠起偏器，其波段范围与光谱仪的一致；所述液晶单元大小为一个像素，在其两端加载电控装置，实现电压可控；两个偏振片分别为相互垂直的起偏器和检偏器，紧靠液晶单元的两侧；所述光电探测器为光电二极管、CCD或CMOS的一个像素；在本光谱仪中，入射光信号经过带通滤波片后为光信号I(λ)，I(λ)照射到液晶表面，在电压Vj的作用下，液晶分子重新排列，光学性质改变，产生的o光和e光强度改变；电控装置对液晶单元两端施加不同的n组电压值，得到对应的n组透过率曲线，相当于一个滤波阵列；两偏振片相互垂直时，o光、e光相互干涉，其透射光强满足：I′(Vj,λ)=I(λ)sin22φ×exp(-αod)(1-cos2πdΔn(Vj)λ)=I(λ)t(Vj,λ),---(1)]]>其中，I(λ)为经过带通滤波片的入射光信号，φ为起偏器透光方向与液晶盒寻常光振动方向的夹角，αo为O光的吸收系数，d为液晶的厚度，Vj表示液晶所施加的第j个电压，Δn(Vj)为Vj时的o、e光的折射率差，t(Vj,λ)表示与电压和光波长有关透过率；光电探测器所探测到的透射强度表示为I′(Vj)=∫λI′(Vj,λ)dλ=∫λt(Vj,λ)I(λ)dλ,---(2)]]>透射光强受n组不同电压调控下滤波单元的光谱能量调制，用矩阵表示为：或者I'＝TI   (3)其中n为所施加电压的组数，m为采样的波长数(n＜m)；利用算法进行光谱恢复，具体为：利用稀疏表示算法描述探测器接收的透射光强，其强度表示为I'＝TI＝Tψs   (4)其中，入射光表示为I＝ψs，ψ为稀疏字典，s为稀疏信号；利用非负L1范最小(NNLM)算法，令A＝Tψ，稀疏信号的估计可以表示为s^=mins||s||1+τ2||I′-As||22,subjecttos≥0---(5)]]>通过上式得到因此得到恢复的入射光的光信号I=ψs^---(6).]]>