[发明专利]一种光谱测量装置和方法

权利要求书

1.一种光谱测量装置，其特征在于，包括：激光模块、信号激发与收集模块、光谱仪、光电倍增阵列探测模块和控制与采集模块；所述激光模块用于产生稳定的激光；所述信号激发与收集模块用于在所述激光的激发下产生信号光子，并收集所述信号光子输出；所述光谱仪用于对所述收集的信号光子进行空间色散，采用光纤阵列接收和传输不同波长色散光；所述光电倍增阵列探测模块用于对不同波长色散光进行光电转换和并行倍增后获得光谱；所述控制与采集模块用于控制激光的开关与光电倍增阵列的信号采集；

其特征在于，

所述光谱仪包括：输入光纤、多通道光纤输出阵列、平面光栅和透镜；所述信号光子通过输入光纤入射至光谱仪，信号光经过透镜准直后入射至平面光栅表面，不同波长信号光经过平面光栅色散后，依据不同角度在空间上分开并返回透镜，聚焦进入多通道光纤输出阵列；所述多通道光纤输出阵列将不同波长的信号光子引导至光电倍增阵列进行光电探测，获得光谱；

其中，输入光纤设置在多通道光纤输出阵列的上方中心附近位置，形成了输入光纤和输出光纤阵列近似重合的光路设计，从而达到了光路空间复用的效果；多通道的光电倍增管紧密排列在二维平面内并集成在一个极小空间内，将其与所述光谱仪中的光纤阵列一一对应，并精准对应光栅衍射光射出的位置，当光经过光栅衍射后，其衍射出的不同波长的光子会分别射入对应的光纤通道，再通过光纤导引至二维的光电倍增阵列进行光电探测，从而实现光谱采集；

或者，

所述光谱仪包括：输入光纤、多通道光纤输出阵列和球面聚焦光栅；所述信号光子通过光纤输入进入光谱仪，信号光入射至球面聚焦光栅表面，不同波长信号光经过光栅色散后，依据不同角度在空间上分开并返回聚焦进入多通道光纤输出阵列；所述多通道光纤输出阵列将不同波长的信号光子引导到光电倍增阵列进行光电探测后获得光谱；

其中，输入光纤设置在多通道光纤输出阵列的上方中心附近位置，形成了输入光纤和输出光纤阵列近似重合的光路设计，从而达到了光路空间复用的效果；多通道的光电倍增管紧密排列在二维平面内并集成在一个极小空间内，将其与所述光谱仪中的光纤阵列一一对应，并精准对应光栅衍射光射出的位置，当光经过光栅衍射后，其衍射出的不同波长的光子会分别射入对应的光纤通道，再通过光纤导引至二维的光电倍增阵列进行光电探测，从而实现光谱采集；

或者，

所述光谱仪包括：透镜和平面光栅；信号光经过透镜准直后入射至平面光栅表面，信号光经过平面光栅色散后依据不同角度在空间上分开并反射回透镜，聚焦在光电倍增阵列，并进行光电探测后获得光谱；

其中，多通道的光电倍增管紧密排列在二维平面内并集成在一个极小空间内，将其与所述光谱仪中的光纤阵列一一对应，并精准对应光栅衍射光射出的位置，当光经过光栅衍射后，其衍射出的不同波长的光子会分别射入对应的光纤通道，再通过光纤导引至二维的光电倍增阵列进行光电探测，从而实现光谱采集；

或者，

所述光谱仪包括：球面聚焦光栅；信号光入射至球面聚焦光栅表面，球面聚焦光栅将信号光依据不同角度在空间上分开，并聚焦在光电倍增阵列进行探测后获得光谱；

其中，多通道的光电倍增管紧密排列在二维平面内并集成在一个极小空间内，将其与所述光谱仪中的光纤阵列一一对应，并精准对应光栅衍射光射出的位置，当光经过光栅衍射后，其衍射出的不同波长的光子会分别射入对应的光纤通道，再通过光纤导引至二维的光电倍增阵列进行光电探测，从而实现光谱采集。

2.如权利要求1所述的光谱测量装置，其特征在于，所述光谱仪还包括：反射镜，所述反射镜设置在所述透镜与所述多通道光纤输出阵列之间用于光路折叠，缩减光谱的尺寸。

3.如权利要求1所述的光谱测量装置，其特征在于，所述光谱仪还包括：反射镜，所述反射镜设置在所述球面聚焦光栅与所述多通道光纤输出阵列之间用于光路折叠，缩减光谱的尺寸。

4.如权利要求1所述的光谱测量装置，其特征在于，所述光谱仪还包括：反射镜，所述反射镜设置在所述透镜与所述光电倍增阵列之间用于光路折叠，缩减光谱的尺寸。

5.如权利要求1所述的光谱测量装置，其特征在于，所述光谱仪还包括：反射镜，所述反射镜设置在所述球面聚焦光栅与光电倍增阵列之间用于光路折叠，缩减光谱的尺寸。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的光谱测量装置的光谱测量方法，其特征在于，包括下述步骤：

产生稳定的激光；

在所述激光的激发下产生信号光子并收集所述信号光子后输出；

对所述信号光子进行空间色散；

所述光电倍增阵列对不同波长的信号光子完成并行的光电倍增测量，获得光谱。