[發明專利]一種微型孔光譜儀及光譜重建方法

在審

• 申請號: 201711337173.2
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108151877A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 李拓
• 申請（專利權）人: 西京學院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 高亦哲

1.一種微型孔光譜儀，包括遮光箱(2)，其特征在于，遮光箱(2)設有微型孔(1)，遮光箱(2)與探測器保護箱(4)之間設有光強探測器(3)，待測光譜入射的微型孔(1)孔上；待測光譜在微型孔(1)上發生衍射，傳輸至光強探測器(3)上，光強探測器(3)記錄下各種光譜成分相互交疊的衍射圖樣，當參數確定后，任意波長的光孔經孔的衍射圖樣是固定的。

2.根據權利要求1所述的一種微型孔光譜儀，其特征在于，所述的光強探測器(3)采用CCD或CMOS。

3.根據權利要求1所述的一種微型孔光譜儀，其特征在于，所述的微型孔(1)為可以采用各種形狀的孔或這圖案。

4.根據權利要求1所述的一種微型孔光譜儀，其特征在于，所述的微型孔(1)可以采用相位型光學元件。

5.根據權利要求1所述的一種微型孔光譜儀，其特征在于,采用算法對記錄下衍射圖樣進行處理，將各種相互交疊的光譜成分進行分離，進而重建出待測光譜。

算法的具體步驟如下：設一個待測光譜的強度譜為E(λ_i)(這里λ_i表示波長)，待測光譜入射到孔上，在孔上發生衍射，CCD記錄下來相應的衍射圖樣I(mΔx,nΔy)：

其中，I_λi(mΔx,nΔy)為待測光譜中每一個波長λ_i所對應的衍射圖樣，(m,n)代表I_λi(mΔx,nΔy)中的矩陣坐標，n_q表示待測光譜中含有波長的個數，E(λ_i)為I_λi(mΔx,nΔy)中所有像素光強值的和值，為單個像素所占的E(λ_i)的百分比。在方程(1)中，總的衍射圖樣I(mΔx,nΔy)是已知的(由光強探測器如CCD記錄下來)，E(λ_i)和是未知的。一旦孔光譜儀的結構確定，孔的大小和和形狀以及孔離探測器之間的距離將隨之確定。根據菲涅爾衍射定理，衍射圖樣的強度分布I'_λi(mΔx,nΔy)就是確定的，可以由如下方程表示(這里I'_λi(mΔx,nΔy)和I_λi(mΔx,nΔy)的關系滿足條件I_λi(mΔx,nΔy)＝C₀I'_λi(mΔx,nΔy)，C₀為常數，不會改變衍射圖樣分布)：

I′(mΔx,nΔy)＝|FrT_λ,z{P(mΔx₀,nΔy₀)}|² (4)

FrT{}代表菲涅爾衍射，P(mΔx₀,nΔy₀)代表孔的透過率函數。由于P(mΔx₀,nΔy₀)是已知信息，所以我們就可以根據方程4得到I'_λi(mΔx,nΔy)。因為I'_λi(mΔx,nΔy)已經求得，所以根據方程(5)可以求得

至此，求得方程(1)中僅有E(λ_i)是未知的。值得指出的是，一旦光譜儀的結構確定下來了，就是一個固定的參數，在實際情況中，可以由生產孔光譜儀的廠家測得并告訴使用者或封裝至軟件中用于數據處理，使用者無需測量

6.根據權利要求1所述的一種通過微型的孔光譜儀重建光譜的方法，其特征在于，也可用實驗的方法獲得固定參數應用單色光(單色光可由單色儀產生)逐次照明微型孔并記錄下相應的衍射圖樣，然后用方程(5)計算出的值并提供給用戶，或將該參數封裝至軟件中用于數據處理。