[实用新型]光谱测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光谱测量装置，属于光学测量技术领域。

背景技术

光谱仪是研究、测定光辐射的频率、强度特性及其变化规律的光学仪器。它应用光的色散原理、衍射原理或光学调制原理，将不同频率的光辐射按照一定的规律分开，形成光谱，配合一系列光学、精密机械、电子和计算机系统，实现对光辐射的频率和强度的精密测定和研究。光谱仪具有分析精度高、测量范围大、速度快等优点，广泛应用于冶金、地质勘探、生物医学、石油化工、天文观测、环境保护等领域。

近年来由于环境监测、现代农业、军事分析以及工业流程监控等领域的现代化发展，要求分析仪器小型化、轻量化，在特殊场合（如环保、野外、现场检测、星载分析检测等）还要求仪器在测量频段宽、分辨率高、抗振动干扰能力强、性能稳定可靠。因此，需要一种微型化、集成化、智能化的光谱仪。它的功耗小、电压低、使用方便灵活、性能价格比高，且能快速、实时、直观地获取光谱信号。而目前所广泛使用的光谱仪不仅分辨率不够高，测量频带不够宽，而且普遍存在体积大、价格昂贵、安装调试困难、使用条件苛刻等不足。如傅里叶变换光谱仪不仅体积较大，而且对振动敏感，其分辨率受动镜的移动范围的影响。光栅衍射型光谱仪所用光栅体积虽然相对较小，但该种光谱仪分辨率不高，而且价格不菲[Yang Jae-chang,et al.Micro-electro-mechanical-systems-based infrared spectrometer composed of multi-slit grating and bolometer array,Jap.J.of Appl.Phys.47(8),6943-6948(2008)]。

中华人民共和国国家知识产权局于2012年9月26日授权了申请号为200910264251.X的专利文献，名称是“相位调制台阶阵列微型光谱仪”，其核心部件是构建在CCD或CMOS之上的二维台阶阵列。于2012年7月11日公开了公开号为CN102564586A的专利文献，名称是“衍射孔阵列结构微型光谱仪及其高分辨率光谱复原方法”，其核心部件是构建在CCD或CMOS之上的二维衍射孔阵列。由于不同波长的光通过台阶或者衍射孔后，能在CCD或CMOS的像素元上产生不同的干涉或衍射光强。因此可以通过测量不同大小台阶或衍射孔下一系列像素元的光功率，就可以利用求解大型线性方程组的方法复原光谱。与传统的光栅光谱仪或傅里叶变换光谱仪相比，其体积小、频率分辨率高、光谱测量范围宽，可以实现静态实时测量。但不管是台阶结构的还是衍射孔结构的光谱仪，其制作成本较高，制作过程复杂，需要用到昂贵的设备，比如离子刻蚀系统或光刻设备等。因此，需要寻求成本较低、制作过程简单的阵列结构微型光谱仪制作方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的体积较大、对振动敏感、制作成本较高、结构复杂的不足，提供一种体积更小、结构复杂度及制作成本更低的光谱测量装置。

本实用新型的光谱测量装置，包括沿光入射方向依次设置的光学准直装置、分光器件、阵列式探测芯片，以及与所述阵列式探测芯片连接的数据采集与分析系统，其特征在于，所述分光器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面上固着有一层金属粒子膜，所述金属粒子膜包括一组纳米至微纳米尺度的大小不等的金属粒子，所述金属粒子在金属粒子膜中呈不均匀分布，且金属粒子之间形成有一系列可容光线通过的大小不等的孔隙。

优选地，所述透明基底的厚度为微米量级。

优选地，所述金属粒子为银粒子。

优选地，所述光学准直装置包括两个共焦的透镜，以及设置于所述两个透镜的共同焦点处的小孔光阑。

优选地，所述透明基底的材质为玻璃。

使用本实用新型的光谱测量装置进行光谱测量时，可采用背景技术中提及的文献（200910264251.X、CN102564586A）中公开的光谱复原方法，具体如下：

步骤1、将所述阵列式探测芯片所能探测的频率范围等分为n个频宽为Δf的频率段，n为所述阵列式探测芯片中的像元总数，各频率段的中心频率为f₁,f₂,…f_n；

步骤2、令待测入射光依次通过光学准直装置、分光器件，测量所述阵列式探测芯片中每个像元所探测到的光功率值，记为P₁,P₂,…P_n；