本实用新型专利技术提供了一种提高光通量的光谱测量装置，所述装置是通过增大传统色散光谱仪或光谱测量系统中的入射狭缝的宽度，并在传统的色散光谱仪或光谱测量系统中的光栅后面增加一组成像镜头来测量零级光谱，利用该零级光谱和原有的光谱测量系统中所测的一级光谱之间的数学关系，通过计算得出新的光谱。该新的光谱比传统的采用较小狭缝的光谱测量系统获得的光谱具有更强的光能量，与此同时，还能保持采用较小狭缝的光谱测量系统所具有的高分辨率。本实用新型专利技术能有效的提高入射光谱仪器的光通量，并通过数学计算来保证较高的光谱分辨率。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种提高光通量的光谱测量装置，所述装置是通过增大传统色散光谱仪或光谱测量系统中的入射狭缝的宽度，并在传统的色散光谱仪或光谱测量系统中的光栅后面增加一组成像镜头来测量零级光谱，利用该零级光谱和原有的光谱测量系统中所测的一级光谱之间的数学关系，通过计算得出新的光谱。该新的光谱比传统的采用较小狭缝的光谱测量系统获得的光谱具有更强的光能量，与此同时，还能保持采用较小狭缝的光谱测量系统所具有的高分辨率。本技术能有效的提高入射光谱仪器的光通量，并通过数学计算来保证较高的光谱分辨率。【专利说明】一种提高光通量的光谱测量装置
本技术涉及光谱学、光谱测量及仪器
，具体地，涉及一种提高光通量的光谱测量装置。
技术介绍
光谱工作范围、光谱分辨率、光通量以及探测噪声和动态范围等是反映光谱仪器性能的主要参数。在许多应用中，以上参数都是十分重要的。例如:较高的光谱分辨率可以得到目标谱图的更精细的结构信息，从而允许更为精细的分析。较高的光通量可以提高检测物质的灵敏度，降低检测限。 自从1802年威廉.沃拉斯顿在色散光谱仪中使用狭缝来提高光谱仪的光谱分辨率后，狭缝便成为色散光谱仪的一个重要组成部分。然而，较小宽度的狭缝在提高分辨率的同时阻挡了大部分的入射光，导致入射光通量较小，影响了仪器探测物质的灵敏度。这就是人们所熟知的色散光谱仪中分辨率和光通量之间的矛盾。一些设计方案已被陆续提出，来缓解或解决该矛盾。 在过去的几十年里，两个最重要的提高光谱仪性能的方法分别为编码孔径成像光谱仪(CAS)和傅立叶变换光谱仪(FTS)。对于CAS来说，只有编码孔足够小才能达到较好的分辨率，然而，小的编码孔带来的光学衍射和光学模糊对测量结果造成了一定的影响。传统的FTS的核心部件是干涉仪，系统中的机械扫描元件使仪器的结构和整体装配变得复杂。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本技术的目的是提供一种提高光通量的光谱测量装置，能够突破传统高分辨率和高光通量之间的矛盾，实现高光通量的同时获得高分辨率。 为实现以上目的，本技术采用以下技术方案: 所述提高光通量的光谱测量装置，包括分光测量单元和光谱数据处理器两个部分，其中:分光测量单元包括入射狭缝、准直镜、光栅、狭缝成像镜、光谱成像镜、第一 CCD和第二 CCD，入射狭缝宽度大于传统色散光谱仪或光谱测量系统中的入射狭缝的宽度一倍以上；被测光源由外光路或光纤耦合进入分光测量单元，即:经入射狭缝后经过准直镜准直变成平行光，平行光以一定角度入射光栅，经光栅衍射后以不同角度出射，其中的零级光谱经过狭缝成像镜将入射狭缝成像于第一 CCD，一级衍射光经过光谱成像镜将光谱成像于第二 CXD ;第一 CXD与第二 CXD的信号连接到光谱数据处理器。 作为一个优选方案，所述准直镜、狭缝成像镜和光谱成像镜的焦距相同。 作为一个优选方案，所述装置中的全部光路采用反射式光路，或者全部采用透射式光路。 作为一个优选方案，所述装置中的成像光路采用透射式光路，光栅采用反射式光路；或成像部分采用反射式光路，光栅采用透射式光路。 作为一个优选方案，所述光谱数据处理器对第一 CXD与第二 CXD的信号进行前置处理、放大、A/D转换、去噪和反卷积运算，最终获得待测光谱。 与现有技术相比，本技术具有如下的有益效果: 本技术通过增大传统色散光谱仪或光谱测量系统中的入射狭缝的宽度，并在传统的色散光谱仪或光谱测量系统中的光栅后面增加一组成像镜头来测量零级光谱，光谱数据处理器利用该零级光谱和原有的光谱测量系统中所测的一级光谱之间的关系，对信号进行处理得出新的光谱。该新的光谱比传统的采用较小狭缝的光谱测量系统获得的光谱具有更强的光能量，与此同时，还能保持采用较小狭缝的光谱测量系统所具有的高分辨率。 本技术引入了光谱数据处理器来处理光谱，只在传统光谱仪原有的结构基础上进行了较小的改动，但可以同时实现高分辨率和高通量，对于传统光谱仪的性能，特别是在弱光源的情况下，有较大的提升与改善。 【专利附图】【附图说明】 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显: 图1 (a)_图1 (d)为本技术测量系统实施例的光路原理图； 图2为本技术一实施例应用在拉曼光谱测量系统上的光路图； 图3为采用图2光路进行光谱测量得到的光谱数据图； 图4为采用传统小狭缝测量得到的光谱和应用本技术大狭缝获得重构光谱的对比图(强度做了归一化)； 图中:100-分光测量单元；200_光谱数据处理器；1-入射狭缝；2_准直镜；3_光栅；4_狭缝成像镜；5_光谱成像镜；6_第一 CXD ;7_第二 (XD。 【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本技术，但不以任何形式限制本技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本技术的保护范围。 本实施例提供一种提高光通量的光谱测量装置，一般的光谱仪狭缝宽度取值在几个微米至几百微米范围，本技术中狭缝宽度增大的范围:一般是大于原有的狭缝一倍以上。通过将传统的色散光谱仪或光谱测量系统中的宽度小的狭缝更改为宽度稍大的狭缝来提高入射光通量，并在光栅后面增加一组成像镜头来测量零级光谱，利用该零级光谱和原有的光谱测量系统中所测的一级光谱之间的关系，得出新的光谱。 如图1所示，为本技术一个优选实施例，光谱测量装置包括分光测量单元100和光谱数据处理器200，其中:分光测量单元包括入射狭缝1、准直镜2、光栅3、狭缝成像镜4、光谱成像镜5、第一 CCD6和第二 CCD7，入射狭缝I宽度大于传统色散光谱仪或光谱测量系统中的入射狭缝的宽度一倍以上；被测光源由外光路或光纤耦合进入分光测量单元100。待测光通过入射狭缝I射入准直镜2后变成平行光，平行光以一角度入射光栅3，经过光栅3衍射后以不同角度出射，其中的零级光经狭缝成像镜4将入射狭缝成像于第一 CCD6上，故第一 CCD 6检测到的是入射光照射下的狭缝像，反映的是入射光源在狭缝面上的光强分布；其中的一级衍射光经光谱成像镜5将光谱成像于第二 CXD 7上，故第二 CXD 7检测到的是的入射光经由入射狭缝1、准直镜2、光栅3和光谱成像镜5组成的色散成像系统获得的一级光谱分布。 假设入射光以一角度Θ i平行入射于光栅3,波长为λ的光以Θ角度衍射,则满足光栅方程 d (sin Θ i^sin Θ ) = j λ 其中:d是光栅常数，Qi是入射角，Θ是衍射角，j是衍射级次，对于一级光谱j = 1 如果准直镜2、狭缝成像镜4和光谱成像镜5的焦距相同，均为f，忽略像差的情况下放大率为1，第二 CCD 7上所接收到的是不同波长的准单色光照明下的入射狭缝I所成像的叠加像，光谱的带宽取决于入射狭缝I的宽度、光栅刻线、焦距等因素，如果入射狭缝I沿宽度方向(设为X轴方向)的尺寸等于第二 CCD 7像素单元宽度的N倍，由于不同波长的光的衍射角不同，所以成像的位置也不同，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高光通量的光谱测量装置，其特征在于，所述装置包括分光测量单元和光谱数据处理器，其中：分光测量单元包括入射狭缝、准直镜、光栅、狭缝成像镜、光谱成像镜、第一CCD和第二CCD，入射狭缝宽度大于传统色散光谱仪或光谱测量系统中的入射狭缝的宽度一倍以上；被测光源由外光路或光纤耦合进入分光测量单元，即：经入射狭缝后经过准直镜准直变成平行光，平行光以一角度入射光栅，经光栅衍射后以不同角度出射，其中的零级光谱经过狭缝成像镜将入射狭缝成像于第一CCD，一级衍射光经过光谱成像镜将光谱成像于第二CCD；第一CCD与第二CCD的信号连接到光谱数据处理器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄梅珍，邹烨，汪洋，余镇岗，孙振华，季芸，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：新型
国别省市：上海;31
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