[發明專利]寬帶光譜整形器件及計算式光譜測量裝置

在審

• 申請號: 202210365480.6
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114441037A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 李昂;劉清博;蔡宇翔;倪博洋
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G02B27/09
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 楊楠

本發明公開了一種寬帶光譜整形器件，包括串聯的多個具有不同整形參數的非對稱馬赫曾德爾干涉儀；所述非對稱馬赫曾德爾干涉儀具有兩條臂長不同的干涉臂；所述整形參數為臂長差和/或耦合器分光系數。本發明還公開了一種計算式光譜測量裝置。本發明寬帶光譜整形器件，基于普通的波導結構，無需像光柵或光子晶體器件需要較高的工藝精度，且不會引入額外的散射損耗，易于設計，無需較高加工精度，且具有更大的工作帶寬和更高的精度。本發明所提出的計算式光譜測量裝置，通過單次測量即可高精度地重建輸入光譜，由于采用上述寬帶光譜整形器件，制造難度、制造成本得到大幅降低，同時測量精度有效提升，其實用性遠超現有的計算式光譜儀。

技術領域

本發明屬于光譜測量技術領域，尤其涉及一種寬帶光譜整形器件及一種計算式光譜測量裝置。

背景技術

為了檢測目標光譜的信息，光譜儀應運而生，它能夠恢復出所輸入的任意未知光譜。光譜儀廣泛應用于通信、材料學、天文學、地理科學、遙感等領域。隨著物聯網和智能設備的發展，迫切需要能夠單次測量即可重建光譜的集成光譜儀，如智能可穿戴設備、便攜式醫療設備、無人機遙感等等。現有的集成光譜儀多采用窄帶分光式，即利用窄帶濾波器或分光光柵將待測光譜不同波長成分提取至不同通道進行單獨測量。所需通道數量等于光譜儀帶寬和精度的比值。這種方案原理簡單，但是為了獲得大帶寬、高精度勢必要提高分光通道數量，導致每個探測器接收到的信號能量下降，影響了系統尺寸和信噪比，因此難以兼顧帶寬、精度、尺寸和信噪比。

而計算式光譜儀由于可有效解決上述問題而日益成為研究熱點。計算式光譜儀的基本原理如圖1所示，其首先將信號均勻分光至M路，隨后分別通過M個具有不同傳輸函數的寬帶光譜整形器件對信號進行光譜全局采樣，采樣結果經過光電轉換為電信號在經過特定算法處理后即可重建未知光譜。此類光譜儀的核心在于集成寬帶光譜整形器件。在采用高性能寬帶光譜整形器件時，所需分光通道數量M（也即寬帶光譜整形器件數量）可遠遠小于光譜儀帶寬和精度的比值，因此能夠在保持光譜儀大帶寬、高精度優點的同時，有效提升光譜儀信噪比、減小系統尺寸。

然而，現有已公開方案所采用的寬帶光譜整形器件多為隨機光子晶體或隨機布拉格光柵結構，具有如下缺點：需要較高的加工精度；對信號帶來額外的散射損耗；工作帶寬和光譜精度有限。因此，亟需尋找加工難度和實現成本更低，性能更好的寬帶光譜整形器件，以提高計算式光譜儀的實用性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種加工難度和實現成本更低，性能更好的寬帶光譜整形器件，以提高計算式光譜儀的實用性。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種寬帶光譜整形器件，包括串聯的多個具有不同整形參數的非對稱馬赫曾德爾干涉儀；所述非對稱馬赫曾德爾干涉儀具有兩條臂長不同的干涉臂；所述整形參數為臂長差和/或耦合器分光系數。

優選地，所述寬帶光譜整形器件為片上集成器件。

基于以上寬帶光譜整形器件可以得到以下技術方案：

一種計算式光譜測量裝置，包括多個具有不同傳輸函數的寬帶光譜整形器件，用于分別對待測光信號進行光譜全局采樣；所述寬帶光譜整形器件為如上任一技術方案所述寬帶光譜整形器件。

優選地，所述多個寬帶光譜整形器件的整形參數是以各寬帶光譜整形器件相互之間的相關性最小的同時單個寬帶光譜整形器件的傳輸函數在波長域的隨機性最大為優化目標，通過多目標優化方法優化得到。

進一步地，以互相關系數度量所述相關性。

進一步地，以極點數量和/或自相關系數度量傳輸函數在波長域的隨機性。

相比現有技術，本發明技術方案具有以下有益效果：

本發明所提出的寬帶光譜整形器件，基于普通的波導結構，無需像光柵或光子晶體器件需要較高的工藝精度，且不會引入額外的散射損耗，易于設計，無需較高加工精度，且具有更大的工作帶寬和更高的精度。