[發明專利]多層光譜調制光譜儀

在審

• 申請號: 201980051244.3
• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN112543862A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 鄭銳韜;J.阿奇巴爾德
• 申請（專利權）人: ams有限公司
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳金林

一種系統包括第一光譜調制器、第二光譜調制器、光導、光電探測器和電子控制設備。第一光譜調制器接收樣本光，并根據第一光譜響應圖案調制樣本光以產生第一調制光。第二光譜調制器經由光導接收來自第一光譜調制器的第一調制光，根據第二光譜響應圖案調制第一調制光以產生第二調制光，并將第二調制光透射到光電探測器。光電探測器測量入射到光電探測器上的第二調制光的強度，并生成與第二調制光的強度對應的一個或多個信號。電子控制設備基于該一個或多個信號確定樣本光的光譜分布。

技術領域

本公開涉及光譜儀。

背景技術

光譜儀是一種用于測量樣本光光譜的儀器(例如，用于確定紫外光、可見光和/或紅外光的譜成分)。在某些情況下，光譜儀可以根據波長或頻率來確定光的強度。

光譜儀可以用于各種不同的應用。例如，光譜儀可以用于進行環境分析、工業監控、顏色測量和藥理學研究。

光譜可以用不同的方法測量，諸如通過直接測量或間接測量。作為一種示例，被配置用于直接測量的光譜儀可以在空間上分離不同波長的光(例如，使用波長色散設備，諸如衍射光柵或棱鏡)，并且單獨測量每個波長的光的功率分布(例如，相對于特定波長“直接”測量光譜)。

作為另一個示例，被配置用于間接測量的光譜儀可以根據一系列已知的光譜調制圖案調制光，并獲得調制光的測量值。每個測量值提供由多個波長和根據不同權重攜帶的信息，并且可以用于重建原始光的光譜(例如，使用多路復用技術)。

發明內容

本公開描述了多層光譜調制光譜儀的實施方式。在示例實施方式中，光譜儀包括經由光導光學耦合的兩個光譜調制器。光譜儀接收樣本光，根據第一已知光譜響應圖案(例如，根據第一傳遞函數)使用第一光譜調制器調制樣本光，并根據第二已知光譜響應圖案(例如，根據第二傳遞函數)使用第二光譜調制器調制得到的光。使用一個或多個光電探測器測量兩次調制的光。獲得幾個附加的測量值(例如，通過使用光譜響應圖案的不同組合來調制光)，以及用于重建原始光的光譜的測量值(例如，使用多路復用技術)。

在某些情況下，該光譜儀的實施方式可以提供各種好處。例如，使用直接測量技術測量光譜的光譜儀通常需要一個或多個波長色散設備(例如，衍射光柵或棱鏡)以在空間上分離光的波長。然而，這種設備通常相對較大。相反，在本公開中描述的多層光譜調制光譜儀的實施方式不需要使用波長色散設備，因此可以更容易地小型化。在某些情況下，光譜儀可以足夠小，使得其可以用于便攜式或移動設備(例如，智能電話、平板電腦、手持儀器或其他這樣的設備)。

作為另一個示例，使用間接測量技術(例如，使用單層光譜調制器)測量光譜的光譜儀通常需要大量不同的光譜調制器(例如，大量不同的濾光器)。相反，在本公開中描述的多層光譜調制光譜儀的實施方式可以使用更少數量的光譜調制器來構建，同時仍然提供相似或改進的分析性能。因此，多層光譜調制光譜儀可以使用更便宜的方式、使用更少的組件和/或使用不太復雜的制造過程來構建。

作為另一個示例，多層光譜調制光譜儀的實施方式可以在不使用復雜光學器件的情況下構建。因此，光譜儀可以以更具成本效益的方式生產。

在一個方面，一種系統包括第一光譜調制器、第二光譜調制器、光學耦合第一光譜調制器和第二光譜調制器的光導、光電探測器和通信耦合到光電探測器的電子控制設備。第一光譜調制器可操作用于接收樣本光，并根據第一光譜響應圖案調制樣本光以產生第一調制光。第二光譜調制器可操作用于經由光導接收來自第一光譜調制器的第一調制光，根據第二光譜響應圖案調制第一調制光以產生第二調制光，并將第二調制光透射到光電探測器。光電探測器可操作用于測量入射到光電探測器上的第二調制光的強度，并生成與第二調制光的強度對應的一個或多個信號。電子控制設備可操作用于基于一個或多個信號確定樣本光的光譜分布。

該方面的實施方式可以包括以下特征中的一個或多個。