[发明专利]数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱标定技术领域，具体涉及一种数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法。

背景技术

数字微镜阵列（Digital Micro-Mirror Device，简称DMD）是一种由若干微反射镜组成的光电器件。利用DMD作为波长选通元件，数字微镜光栅光谱仪没有移动元件，提高了光谱仪的可靠性。基于数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法：由于DMD的使用，光谱仪能够利用单点探测器完成对光谱的扫描探测。在波长标定的考虑上，与使用阵列探测器的原理基本相同。对阵列探测器光谱仪器而言，波长标定过程采用具有一系列已知波长谱线的光源，在探测器的空间位置与光强的光谱图上寻找已知标准峰值，得到各谱线峰值点对应的空间位置，用这些峰值点的数据进行多项式拟合，得到整个探测器范围内的空间位置与光强的关系，对于现有的数字微镜光栅光谱仪，单点探测器的光敏面较小，引起的非线性误差可忽略，主要考虑DMD像元的空间位置分布对应光谱波长的位置，采用多项式拟合法和最小二乘法进行计算。虽然这种方法在应用时较为简单、方便，但是它需要的DMD像元序数与波长对应关系(x_j,λ_j)较多，以至于最小二乘法波长标定需要有较大的光谱覆盖范围便于获得足够多的标准峰值，增加了光谱仪波长标定的响应时间，工作效率低。

发明内容

为了解决最小二乘法波长标定需要的DMD像元序数与波长对应关系(x_j,λ_j)较多，即在待测的光谱范围内需要有足够多的标准峰值的问题，本发明提供一种数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法，它是采用一种基于光路计算的方法进行波长标定。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法，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-成像胶合镜-数字微镜阵列这段光路进行分析计算；

步骤二、入射光经过闪耀光栅色散后，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、成像胶合镜由第一透镜和第二透镜胶合而成，包括第一折射球面、第二折射球面和第三折射球面，设定第一折射球面的前截距为L₁，第三折射球面的后截距为L₂，第一透镜的厚度为l₁，第二透镜的厚度为l₂，第一折射球面、第二折射球面和第三折射球面的曲率半径分别为r₁、r₂和r₃，入射到第一折射球面的近轴光线与光轴的夹角为u，入射到第二折射球面的近轴光线与光轴的夹角为u₁，入射到第三折射球面的近轴光线与光轴的夹角为u₂，入射到数字微镜阵列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、第二折射球面、第三折射球面以及数字微镜阵列前表面的矢高分别是y₁、y₂、y₃和y，空气折射率为n₀，第一透镜的折射率为n₁，第二透镜的折射率为n₂，则近轴光线的计算公式为：