一种用于光谱分析系统的光过滤方法 |
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| 申请号 | CN201710341416.3 | 申请日 | 2017-05-04 | 公开(公告)号 | CN107203055A | 公开(公告)日 | 2017-09-26 |
| 申请人 | 金华职业技术学院; | 发明人 | 赵永建; 张向平; 方晓华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及光电设备技术领域，一种用于 光谱 分析系统的光过滤方法，确定需要分析的光谱范围，即进入光谱分析系统的光的 波长 范围；根据上述光谱范围，确定所述声光可调谐 滤波器 的 声波 频率 等具体参数；调节所述平面镜I和平面镜II 位置 ，使得所述第一次滤出光再次进入所述声光可调谐滤波器；调整所述探测器的位置，使其能收集所述第二次滤出光；调节所述声光可调谐滤波器与入射光的 角 度，寻找合适的δ值，即第一次滤出光与第二次滤出光的中心波长的差值，以在提高光谱 分辨率 的同时，能够保证所述第二次滤出光在光谱中心频率的峰足够强。本发明采用单个声光可调谐滤波器，结构简化，能使非寻常入射光损失最小化，增加了谱分辨率并抑制了旁瓣。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于光谱分析系统的光过滤方法，装置主要包括起偏器(1)、偏振束分光器(2)、声光可调谐滤波器(3)、探测器(4)、平面镜I(5)、平面镜II(6)、第一次滤出光(7)、第二次滤出光(8)，所述装置能够对光进行二次过滤，光线经过所述起偏器(1)后以非寻常偏振态的e光射出，在经过所述偏振束分光器(2)后进入所述声光可调谐滤波器(3)，所述声光可调谐滤波器(3)中的声光相互作用使得入射光产生衍射，滤出光波长与对所述声光可调谐滤波器(3)施加的声频f的关系有 |
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| 说明书全文 | 一种用于光谱分析系统的光过滤方法技术领域背景技术[0002] 声光可调谐滤波器AOTF是一种固体电调带通滤波器，利用了各向异性介质中的声光原理，以双折射量随角度的变化来补偿因角度变化所引起的动量失配，能够从入射光源中选择、透射出单一波长的光。声光可调谐滤波器AOTF的基本结构有声光介质、电-声换能器阵列和声终端三部分，当射频信号加到换能器上时，激励出超声波并耦合到声光介质中；当自然光以一定的入射角入射到该声光介质时，由于声光相互作用，入射光被衍射成两束正交的线偏振光，即寻常光(o光)和非寻常光(e光)，改变超声波频率，两偏振光波长也将相应改变。通过改变作用在AOTF电-声换能器上的射频信号来控制透射光的波长(被滤出的一级衍射光)，根据波长范围来改变载波频率，就能够得到全范围的光谱分析；通过调节射频信号的幅度，也能调节透射光(滤出光)强度。光谱分析系统的性能主要由波长调谐范围、光谱分辨率、旁瓣决定，由于光的衍射作用，光谱分析系统中探测到的在某个特定位置的光在频域表现为一个主频率的峰，除此之外在主频率的峰两侧还有一些次级小峰，这就是所谓旁瓣。为了提高谱分辨率，现有技术使用两个串联的AOTF，一个AOTF的光谱分辨率是sinc2的函数，则光经过两个串联的AOTF后光谱分辨率是sinc4的函数，现有技术的两个AOTF串联结构明显过于复杂了。 发明内容[0003] 为了解决上述问题，本发明采用单个声光可调谐滤波器AOTF，改变并简化了现有技术中两个声光可调谐滤波器串联的结构。 [0004] 本发明所采用的技术方案是： [0005] 所述一种用于光谱分析系统的光过滤方法，装置主要包括起偏器、偏振束分光器、声光可调谐滤波器、探测器、平面镜I、平面镜II、第一次滤出光、第二次滤出光，所述装置能够对光进行二次过滤，光线经过所述起偏器后以非寻常偏振态的e光射出，在经过所述偏振束分光器后进入所述声光可调谐滤波器，所述声光可调谐滤波器中的声光相互作用使得入射光产生衍射，滤出光波长与对所述声光可调谐滤波器施加的声频f的关系有 [0006] [0007] [0008] 其中 [0009] [0010] Do＝-sin2θo，De＝sin2θe，式中Va是声波速率，λe为入射的e光的中心波长，λo为入射的o光的中心波长，no是所述声光可调谐滤波器对o光的折射率，ne是所述声光可调谐滤波器对e光的折射率，θo和θe分别是o光和e光的入射光与所述声光可调谐滤波器中晶体光轴的夹角，γ是声入射角。 [0011] 所述第一次滤出光被所述平面镜I和平面镜II反射后又通过所述偏振束分光器，又重新进入所述声光可调谐滤波器，再次进入所述声光可调谐滤波器的光需要经过精密准直以保证入射角不变，最终，所述第一次滤出光被所述声光可调谐滤波器再次衍射为非寻常态并分离出来，即所述第二次滤出光，由所述探测器测量。 [0012] 所述一种用于光谱分析系统的光过滤方法步骤为： [0013] 一.确定需要分析的光谱范围，即进入光谱分析系统的光的波长范围； [0014] 二.根据上述光谱范围，确定所述声光可调谐滤波器的声波频率等具体参数； [0015] 三.调节所述平面镜I和平面镜II位置，使得所述第一次滤出光再次进入所述声光可调谐滤波器； [0016] 四.调整所述探测器的位置，使其能收集所述第二次滤出光； [0017] 五.调节所述声光可调谐滤波器与入射光的角度，寻找合适的δ值，即第一次滤出光与第二次滤出光的中心波长的差值，以在提高光谱分辨率的同时，能够保证所述第二次滤出光在光谱中心频率的峰足够强，其原理是，所述声光可调谐滤波器中声频f和入射角的关系：在一定的声频f下，o光和e光在以相同的入射角入射时通常滤出波的波长是不同的，也就是说，只有在某个特定的声频值，o光和e光的滤出光的波长接近，即δ接近为零，才能经过后续光路中的窄带滤光片，才能同时收集o光和e光，以提高光谱分辨率。由于δ与入射光的入射角有关，可以通过旋转所述声光可调谐滤波器来控制入射角，以使得δ接近为零。但是δ的变化会导致第二次滤出光在其中心频率的峰强的变化，因此需要寻找合适的δ值，从而达到光谱分辨率和滤出光的光强都满足要求。 [0018] 本发明的二次过滤方法的光谱响应，正比于第一次e光入射时的光谱响应与第二次o光入射时的光谱响应的乘积F＝(k，δ)∝Feo(k)×Foe(k+δ)，其中F是总光谱响应，Feo是第一次e光入射时的光谱响应，Foe是第二次o光入射时的光谱响应。 [0019] 本发明的有益效果是： [0020] 本发明采用单个声光可调谐滤波器AOTF，简化了现有技术中两个AOTF串联的结构，能够使得非寻常入射光的光损失最小化，使用本装置的特殊光路对光进行二次过滤，增加了光谱分析系统的谱分辨率并抑制了旁瓣。附图说明 [0021] 下面结合本发明的图形进一步说明： [0022] 图1是本发明示意图。 [0023] 图中，1.起偏器，2.偏振束分光器，3.声光可调谐滤波器AOTF，4.探测器，5.平面镜I，6.平面镜II，7.第一次滤出光，8.第二次滤出光。 具体实施方式[0024] 如图1是本发明示意图，装置主要包括起偏器1、偏振束分光器2、声光可调谐滤波器3、探测器4、平面镜I 5、平面镜II 6、第一次滤出光7、第二次滤出光8，所述装置能够对光进行二次过滤，光线经过所述起偏器1后以非寻常偏振态的e光射出，在经过所述偏振束分光器2后进入所述声光可调谐滤波器3，所述声光可调谐滤波器3中的声光相互作用使得入射光产生衍射，滤出光波长与对所述声光可调谐滤波器3施加的声频f的关系有 [0025] [0026] [0027] 其中 [0028] [0029] Do＝-sin2θo，De＝sin2θe，式中Va是声波速率，λe为入射的e光的中心波长，λo为入射的o光的中心波长，no是所述声光可调谐滤波器3对o光的折射率，ne是所述声光可调谐滤波器3对e光的折射率，θo和θe分别是o光和e光的入射光与所述声光可调谐滤波器3中晶体光轴的夹角，γ是声入射角， [0030] 所述第一次滤出光7被所述平面镜I 5和平面镜II 6反射后又通过所述偏振束分光器2，又重新进入所述声光可调谐滤波器3，再次进入所述声光可调谐滤波器3的光需要经过精密准直以保证入射角不变，最终，所述第一次滤出光7被所述声光可调谐滤波器3再次衍射为非寻常态并分离出来，即所述第二次滤出光8，由所述探测器4测量。 [0031] 所述一种用于光谱分析系统的光过滤方法步骤为： [0032] 一.确定需要分析的光谱范围，即进入光谱分析系统的光的波长范围； [0033] 二.根据上述光谱范围，确定所述声光可调谐滤波器3的声波频率等具体参数； [0034] 三.调节所述平面镜I 5和平面镜II 6位置，使得所述第一次滤出光7再次进入所述声光可调谐滤波器3； [0035] 四.调整所述探测器4的位置，使其能收集所述第二次滤出光8； [0036] 五.调节所述声光可调谐滤波器3与入射光的角度，寻找合适的δ值，即第一次滤出光7与第二次滤出光8的中心波长的差值，以在提高光谱分辨率的同时，能够保证所述第二次滤出光8在光谱中心频率的峰足够强，其原理是，所述声光可调谐滤波器3中声频f和入射角的关系：在一定的声频f下，o光和e光在以相同的入射角入射时通常滤出波的波长是不同的，也就是说，只有在某个特定的声频值，o光和e光的滤出光的波长接近，即δ接近为零，才能经过后续光路中的窄带滤光片，才能同时收集o光和e光，以提高光谱分辨率。由于δ与入射光的入射角有关，可以通过旋转所述声光可调谐滤波器3来控制入射角，以使得δ接近为零。但是δ的变化会导致第二次滤出光8在其中心频率的峰强的变化，因此需要寻找合适的δ值，从而达到光谱分辨率和滤出光的光强都满足要求。 [0037] 本发明的二次过滤方法的光谱响应，正比于第一次e光入射时的光谱响应与第二次o光入射时的光谱响应的乘积F＝(k，δ)∝Feo(k)×Foe(k+δ)，其中F是总光谱响应，Feo是第一次e光入射时的光谱响应，Foe是第二次o光入射时的光谱响应。 |
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