[发明专利]一种基于矩阵变换的测量材料光学性能的方法及系统

说明书

本发明提供的一种基于矩阵变换的测量材料光学性能的方法及系统，其中所述方法包括：S1，获取光强周期性变化的光源在不同电流和不同波长下的光谱分布矩阵；S2，用所述光强周期性变化的光源照射探测器，以获取所述探测器的响应矩阵；S3，用所述光强周期性变化的光源照射测量对象，获取所述探测器的输出信号，并结合所述响应矩阵和所述光谱分布矩阵，获取所述测量对象在不同波长下的光学性能。本发明提供的基于矩阵变换的测量材料光学性能的方法，简化了测量步骤，且该光谱仪的电路简单，使得整个测量系统的成本较低，提高了该方法和系统的实用性。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种基于矩阵变换的测量材料光学性能的方法及系统。

背景技术

光作为一种能量流，在穿过介质时，能引起介质的价电子跃迁或影响原子的振动而消耗能量。即使在对光不发生散射的透明介质如玻璃或水溶液中，光也会有能量的损失，即光的吸收。材料的光学性能主要包括对光的折射、反射、吸收、透射以及发光等诸多方面，光学性能与材料的某些应用领域密切相关，比如用作反射镜、光导纤维窗口、透镜、棱镜、滤光镜、激光探测器件等。

现有的测量材料在不同波长处的光学特性，一般有3种方法：一种是基于带通滤光片的光谱仪；一种是基于光栅分光的光谱仪；还有一种是基于傅里叶变换的光谱仪。但是，第一种方法采用的光谱仪只能实现极其有限个的带通波长下的光学特性。第二种和第三种方法采用的光谱仪，则可以实现不同波长下的材料的光学特性。

且对于第一种方法采用的光谱仪而言，为了实现不同波长下的特性测量，需要大量的带通滤光片，并且需要实现分光或者切换，光路复杂。第二种方法采用的光谱仪，则需要光栅或者棱镜或者类似器件作为分光元件，成本较高。第三种方法采用的光谱仪，则需要借助干涉仪来实现傅里叶变换，成本也较高。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提供一种基于矩阵变换的测量材料光学性能的方法及系统。

第一方面，本发明提供一种基于矩阵变换的测量材料光学性能的方法，包括：S1，获取光强周期性变化的光源在不同电流和不同波长下的光谱分布矩阵；S2，用所述光强周期性变化的光源照射探测器，以获取所述探测器的响应矩阵；S3，用所述光强周期性变化的光源照射测量对象，获取所述探测器的输出信号，并结合所述响应矩阵和所述光谱分布矩阵，获取所述测量对象在不同波长下的光学性能。

其中，在所述步骤S1之前还包括：将光谱仪的光源采用周期性变化的电流或电压，以得到所述光强周期性变化的光源。

其中，所述步骤S1具体包括：采用光谱辐射计获取所述光强周期性变化的光源，在不同电流和不同波长下的辐射强度，以得到辐射强度的光谱分布矩阵。

其中，所述S2中获取所述探测器的响应矩阵的步骤包括：用所述光强周期性变化的光源照射探测器，获取所述探测器在不同电流和不同波长下的输出信号，并根据所述输出信号建立第一输出信号矩阵；对所述第一输出信号矩阵和所述光谱分布矩阵进行矩阵变换，获取所述探测器的响应矩阵。

其中，所述S3中获取所述测量对象在不同波长下的光学性能的步骤包括：用所述光强周期性变化的光源照射测量对象，获取所述探测器在一个周期内的输出信号，并根据所述输出信号建立第二输出信号矩阵；对所述第二输出信号矩阵、所述响应矩阵和所述光谱分布矩阵进行矩阵变换，得到测量对象在不同波长下的光谱反射率和/或光谱透射率。

其中，所述步骤S3中根据如下公式获取所述测量对象在不同波长下的光学性能，

∑S(λ，I)τ(λ)D(λ)＝R(λ，I)

其中，λ为任意单色光的波长,I为光强周期性变化的光源输出的电信号，即电流；S(λ，I)为光谱分布矩阵；τ(λ)为光谱反射率或者光谱透射率；D(λ)为响应矩阵；R(λ，I)为用光强周期性变化的光源照射测量对象时，探测器的输出信号矩阵，即第二输出信号矩阵。