[发明专利]用于光路准直和相对光谱透过率检测装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验室光学系统的用于光路准直和相对光谱透过率检测装置及其检测方法，属光学工程领域。

背景技术

在光学实验研究和应用中的很多领域，用户经常会根据实际需要，自己采购光学元器件，组装光学测试系统或者联用两套甚至多套光学测试系统。比如，自己组装各种类型的光学显微镜，或者将显微镜与拉曼光谱仪联用组成显微拉曼光谱系统，或者将显微拉曼系统与原子力显微镜联用组成近场光学测试系统等。在组装或者联用光学测试系统的时候，光学系统的光路准直和光谱透过率是人们常常关注的两个重要特性。人们在调节光路准直的时候，一般使用一台氦氖激光或者其他类型的激光光源辅助光路调节，但是目前还没有测量光学系统光谱透过率特性的简易设备。而光学测试系统的光谱透过率特性，往往会显著地影响光学系统的测试表征能力。例如，在显微拉曼、近场拉曼和高光谱成像等应用中，较低的光谱透过率会影响光学系统的灵敏度，而不规则的光谱透过率更好影响测试结果的定量分析。因此，急需构建一套简易的光学系统检测设备，具有较宽的发光光谱，而且具有优良的准直效果。本发明提出的一种用于光学系统光路准直和通光性能的检测设备，可以利用宽光谱特性检测光学系统的光谱透过率，也可利用准直性辅助光路调节。

目前与本发明最接近的现有技术有方案有两种。

第一种是一种用于遥感仪器光学系统光谱定标的自校准方法，中国专利公开号CN1546957A。该方法使用标准探测器，通过校准镜，分别对单色仪、耦合光学系统及校准镜进行测量，经过严格的换算，计算出耦合光学系统、单色仪、光源的相对光谱。该发明是建立在特殊的耦合光学系统的基础上，测量精度高，对于高精度的光谱定标有实用价值。

第二种中国专利公开号CN104122245A，公开了一种高度集成、封闭光路系统便携式拉曼光谱仪校准光路标准光源引入方法。该方法设计制造一种光路通道关键部件，使其连接拉曼光谱仪样品台和固定支撑标准光源。该关键部件带有磁性粒珠的下端与拉曼光谱样品台的凹槽垂直结合，标准光源插入该部件上端的羽翼处，而且光源与关键部件的光路入口准直，标准光能稳定地通过光路通道关键部件的圆孔，准直进入校准光路，从而将标准光源引入拉曼光谱校准光路，实现对便携式拉曼光谱仪的校准。

第一种方案主要针对光学遥感测试系统。为了对遥感系统进行光谱定标，该发明利用单色仪从卤钨灯获得单色点光源，然后通过一个光束扩束器形成准直光束，模拟遥感中被测目标的发射光，进入遥感测试系统。在遥感测试系统的接收端，用一个光谱响应已知的硅探测器测量接收到的光信号。使用单色仪可以在一定范围内选定波长的光，从而获得光学遥感系统对该波长的光谱响应。但是该方法缺乏一定的灵活性，而且体积较大，不太适合普通实验室中光学测试系统的光谱响应标定。而且，光源处使用单色仪的方法，获得光线较弱，不利用精确导入光学系统。

第二种方案，主要设计了拉曼光谱仪校准光的引入方法。该方案设计的接口系统可以将汞灯标准灯发出的特征光线耦合进入光谱仪，而且能够阻挡外界杂散光进入光谱仪，避免了外界杂散光的干扰。但是该方案一般只用于标定光谱仪的波长，无法对光路系统的灵敏度进行标定。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出用于光路准直和相对光谱透过率检测装置及其检测方法，通过使用了光纤准直系统，结构紧凑，与照明的光源分离，可以很方便的放置在光学测试系统中，方便用户根据实际需要灵活调整。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于光路准直和相对光谱透过率检测装置，该装置包括照明装置和光电检测装置，所述照明装置发出的光通过光电检测装置进行检测，所述照明装置包括光束准直器、热辐射光源、薄透镜光纤耦合器、单模光纤和光澜，所述热辐射光源通过薄透镜光纤耦合器将平行光汇聚到单模光纤，单模光纤发出的光送到光束准直器，光束准直器发出的光通过光澜照射到光电检测装置。

所述照明装置还包括三维位移平台，所述单模光纤的输出端、光束准直器和光澜固定在三维位移平台上。所述单模光纤输入端和输出端分别固定在光纤夹持器，所述单模光纤输出端的光纤夹持器固定在三维位移平台上。所述的光束准直器包括凸透镜和凹透镜。所述光电检测装置包括汇聚透镜、光纤夹持器、多模光纤和光纤光谱仪，汇聚透镜将被测光束汇聚进入多模光纤，光束经过光纤导入光纤光谱仪，并转换为电信号供电脑采集保存。