[发明专利]一种衍射元件、高分辨率光谱仪及光谱检测方法

权利要求书

1.一种衍射元件，包括基板以及刻于所述基板上的多个衍射光栅单元，其特征在于：所述多个衍射光栅单元形成衍射光栅阵列，其中，每一衍射光栅单元的刻痕深度相同，单块衍射光栅单元内刻痕密度分布相同且刻痕倾斜方向相同，而任意两块衍射光栅单元的刻痕密度分布不同和/或刻痕倾斜方向不同；每一个单色波长的光从衍射元件出射后形成的衍射散斑图案都不相同。

2.一种高分辨率光谱仪，包括如权利要求1所述的衍射元件，其特征在于，还包括：

入射单元，所述入射单元包括待测光源发出的待测光和准直透镜；

所述待测光在所述衍射元件中发生无规则散射，出射后在所述衍射元件一侧形成散斑图案；以及，

图像传感器，用于记录所述散斑图案；以及，

用于将得到的所述散斑图案与波长-散斑图案标准库比对的光谱分析系统，其中，所述波长-散斑图案标准库中存有不同波长的单色光与对应的衍射散斑图案的映射关系数据。

3.根据权利要求2所述的高分辨率光谱仪，其特征在于：所述衍射元件包括衍射光栅阵列。

4.根据权利要求2所述的高分辨率光谱仪，其特征在于：所述图像传感器记录至少零级衍射处的散斑图案和一级衍射处的散斑图案。

5.根据权利要求2所述的高分辨率光谱仪，其特征在于：所述光谱分析系统包括，

信号采集单元，所述信号采集单元与所述图像传感器耦接，用于接收所述图像传感器输出的所述散斑图案数据；以及，

与所述信号采集单元耦接的信号处理单元，所述信号处理单元用于从所述信号采集单元获取所述散斑图案数据并将所述散斑图案数据与所述波长-散斑图案标准库进行分析比对；以及，

用于存储所述波长-散斑图案标准库的缓存单元，所述缓存单元具有等于或超过所述波长-散斑图案标准库大小的存储空间；以及，

用于输出所述待测光光谱分析结果的输出单元。

6.根据权利要求2所述的高分辨率光谱仪，其特征在于：所述衍射光栅单元通过激光干涉和点扫描方法获得，后续可通过模压复制的方法制备。

7.根据权利要求2所述的高分辨率光谱仪，其特征在于：所述待测光源位于所述准直透镜的焦点位置处。

8.根据权利要求2所述的高分辨率光谱仪，其特征在于：所述图像传感器为CCD感光元件或CMOS感光元件。

9.一种光谱检测方法，使用如权利要求2-8任一项所述的高分辨率光谱仪进行检测，其特征在于，包括以下步骤：

S1、使用不同波长的单色光入射所述高分辨率光谱仪，构建波长-散斑图案标准库；

S2、通过图像传感器记录待测光在衍射元件后的散斑图案；

S3、光谱分析系统采集、分析所述散斑图案并输出所述待测光的光谱数据。

10.根据权利要求9所述的光谱检测方法，其特征在于：步骤S3中，分析所述散斑图案的具体方法为：

Sa1、若待测光为单色光，则将所述散斑图案与所述波长-散斑图案标准库中的数据进行比对，计算对应的相关系数；

Sa2、若所述相关系数大于或等于筛选阈值，则所述待测光的波长等于所述相关系数对应的标准库中的已知波长，由输出模块输出结果；

Sa3、若所述相关系数小于所述筛选阈值，则扩大波长标定范围，返回S1重新构建波长-散斑图案标准库；

Sb1、若待测光为复色光，将所述散斑图案与所述波长-散斑图案标准库中的数据进行线性组合近似，计算最佳线性组合；

Sb2、所述待测光的光谱成分为所述最佳线性组合中对应的波长成分，并由输出模块输出结果。