[发明专利]数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法

权利要求书

1.数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法，其特征在于，该方法的条件和步骤如下：

步骤一、对数字微镜光栅光谱仪光路系统中的闪耀光栅（5）-成像胶合镜（6）-数字微镜阵列（7）这段光路进行分析计算；

步骤二、入射光经过闪耀光栅（5）色散后，得到如下关系式：

式（1）中，m为衍射级次，d为光栅常量，i为入射角，为定值，为衍射角，范围为5°～15°；

步骤三、成像胶合镜（6）由第一透镜（61）和第二透镜（62）胶合而成，包括第一折射球面（611）、第二折射球面（612）和第三折射球面（613），设定第一折射球面（611）的前截距为L₁，第三折射球面（613）的后截距为L₂，第一透镜（61）的厚度为l₁，第二透镜（62）的厚度为l₂，第一折射球面（611）、第二折射球面（612）和第三折射球面（613）的曲率半径分别为r₁、r₂和r₃，入射到第一折射球面（611）的近轴光线与光轴的夹角为u，入射到第二折射球面（612）的近轴光线与光轴的夹角为u₁，入射到第三折射球面（613）的近轴光线与光轴的夹角为u₂，入射到数字微镜阵列（7）前表面的近轴光线与光轴的夹角为u₃，光线在第一折射球面（611）、第二折射球面（612）、第三折射球面（613）以及数字微镜阵列（7）前表面的矢高分别是y₁、y₂、y₃和y，空气折射率为n₀，第一透镜（61）的折射率为n₁，第二透镜（62）的折射率为n₂，则近轴光线的计算公式为：

n′′u′′-n′u′=n′′-n′rh---(2)]]>

式（2）中，n〞与n＇分别表示以折射球面为界面的折射前后两个介质的折射率，u〞为入射到折射球面的光线与光轴间的夹角，u＇为经过折射球面折射后光线与光轴间的夹角，h为入射光线在折射球面的矢高，r为折射球面的半径；

步骤四、通过式（2）可以得到如下关系式：

y1=L1tanun1u1-n0u=n1-n0r1y1y2=y1-l1tanu1n2u2-n1(-u1)=n2-n1r2y2y3=y2-l2tanu2n0u3-n2(-u2)=n0-n2r3y3y=y3-L2tanu3---(3)]]>

式（3）中，u、u₁、u₂和u₃均小于10°，tanu≈u，tanu₁≈u₁，tanu₂≈u₂，tanu₃≈u₃，则将式（3）简化为：

y1=L1un1u1-n0u=n1-n0r1y1y2=y1-l1u1n2u2-n1(-u1)=n2-n1r2y2y3=y2-l2u2n0u3-n2(-u2)=n0-n2r3y3y=y3-L2u3---(4)]]>

步骤五、通过式（4）可知，光线在数字微镜阵列（7）前表面的矢高y与入射到第一折射球面（611）的近轴光线与光轴的夹角u呈线性关系：

y=Au   （5）

式（5）中：A为常数系数，通过式（4）推导出A的数值为：

A=[L1-l1n1(n1-n0r1L1+n0)]-l2n2{n2-n1r2[L1-l1n1(n1-n0r1L1+n0)]-(n1-n0r1L1+n0)}-L2n0n0-n2r3[L1-l1n1(n1-n0r1L1+n0)]-l2n2{n2-n1r2[L1-l1n1(n1-n0r1L1+n0)]-(n1-n0r1L1+n0)}-{n2-n1r2[L1-l1n1(n1-n0r1L1+n0)]-(n1-n0r1L1+n0)}--(6)]]>

若给定的标定波长为λ₀，则由式（1）可以得到相应的衍射角在数字微镜阵列（7）前表面的矢高为y₀，对应的数字微镜阵列（7）的像元序数为x₀，其中，y₀=αx₀，α为数字微镜阵列（7）的像元尺寸，则可以推导出以下关系式：

若给定数字微镜阵列（7）的像元序数x，则利用式（7）可以推导出对应的波长λ。

2.根据权利要求1所述的数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法，其特征在于，所述数字微镜光栅光谱仪的光路系统由聚光胶合镜（1）、聚光柱面镜（2）、狭缝（3）、准直胶合镜（4）、闪耀光栅（5）、成像胶合镜（6）、数字微镜阵列（7）、聚焦胶合镜（8）和单点探测器（9）组成，宽光谱光源发出的光依次经过聚光胶合镜（1）和聚光柱面镜（2）后汇聚在狭缝（3）处形成一条线光斑，该线光斑经过准直胶合镜（4）的准直作用后以固定入射角入射至闪耀光栅（5），经过闪耀光栅（5）的衍射作用后在其表面得到一条光谱带，该光谱带经过成像胶合镜（6）的聚焦作用后成像在数字微镜阵列（7）的前表面上，数字微镜阵列（7）对光谱带进行单波长选通，复色光将按照波长顺序通过聚焦胶合镜（8）后聚焦在单点探测器（9）上。