[发明专利]一种单次捕捉光谱测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种单次捕捉光谱测量方法，将待测光信号分为M路并令其一一对应地通过M个相互之间的光谱传输函数具有低相关性的光谱整形单元，M为远小于所述光谱测量方法的测量精度N的正整数；然后用M个光电探测器对这M个光谱整形单元输出的光信号进行一一对应地光电探测，最后计算出待测光信号的光谱。本发明还公开了一种单次捕捉光谱测量装置。相比现有技术，本发明只需要一次测量即可获得待测光谱，且在保持极高光谱分辨精度的同时，结构得到大幅简化，所需的部件数量极大降低，更有利于实现片上集成。

技术领域

本发明涉及一种光谱测量方法，尤其涉及一种单次捕捉光谱测量方法。

背景技术

为了检测目标光谱的信息，光谱仪应运而生，它能够恢复出所输入的任意未知光谱。光谱仪广泛应用于通信、材料学、天文学、地理科学、遥感等领域。随着相关设计制造技术的不断发展，光谱仪的分辨率、测量光谱范围、测量时间等性能指标也在不断提升，例如基于色散光栅、窄带滤波器和探测器阵列的分裂测量式光谱仪，其能够瞬时恢复出输入的光谱，且设计思路简单，精度高；最新一代的傅里叶变换式光谱仪，其无需大量的硬件成本，在实现较小体积的同时拥有较高信噪比和动态区间，大大提高了光谱测量的精度。另外，随着大量新型智能设备的出现，光谱仪的体积重量与便携性也成为了一个重要的指标。因此，基于兼容CMOS工艺的硅基光子学设计方法也被应用于光谱仪的设计与制造之中，如今已经实现了数百微米量级的片上光谱仪。

然而，上述几种光谱仪仍然有着一些缺陷，例如，对于分裂测量式，其硬件成本高，信噪比较低；而对于傅里叶变换式，其需要长时间来反复测量信号，另外还需要较大的功率和驱动电压。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种单次捕捉光谱测量方法，只需要一次测量即可获得待测光谱，且在保持极高光谱分辨精度的同时，结构得到大幅简化，所需的部件数量极大降低，更有利于实现片上集成。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种单次捕捉光谱测量方法，将待测光信号分为M路并令其一一对应地通过M个相互之间的光谱传输函数具有低相关性的光谱整形单元，M为远小于所述光谱测量方法的测量精度N的正整数；然后用M个光电探测器对这M个光谱整形单元输出的光信号进行一一对应地光电探测，最后通过下式计算出待测光信号的光谱：

I_1×M＝φ_1×NT_N×M/n

其中，I_1×M＝[I₁，I₂，……，I_M]；I₁，I₂，…，I_M分别表示第1个～第M个光电探测器的检测结果；n为经过校准得到的归一化系数；φ_1×N＝[φ_λ1，φ_λ2，……，φ_λN]为待测光信号的光谱；T_N×M＝[T₁(λ)，T₂(λ)，……，T_M(λ)]为所述M个光谱整形单元的采样矩阵，T_i(λ)＝[T_{i_λ1}，T_{i_λ2}，……，T_{i_λN}]^T为第i个光谱整形单元的光谱传输函数，i＝1，2，……，M。

优选地，使用耦合波导型分离器将待测光信号分为M路。

优选地，所述光谱整形单元为通带涵盖待测光信号光谱的宽带带通滤波器。

进一步优选地，所述宽带带通滤波器为布拉格光栅滤波器。

优选地，光谱整形单元的光谱传输函数之间的相关性通过互相关系数来度量。

基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：