本發(fā)明屬于光學器件領域，特別涉及一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置。

背景技術：

1、光譜分析技術被廣泛應用于生物化學檢測、軍事偵察、醫(yī)學診斷、環(huán)境檢測等領域，其利用不同物質對不同波長的光具有選擇性吸收、反射和散射效果，通過分析與物質相互作用后的光來檢測出物質的物理化學組成。照明光源作為光譜能量的來源，是光譜檢測系統(tǒng)的重要組成部分。為使光譜數(shù)據(jù)擺脫環(huán)境光源隨機性和復雜性的影響，簡化提取分析過程，需要提供光譜信息已知的光源；為了應對不同物質的準確檢測，還通常要求能將光源切換至不同波長輸出。

2、目前，實現(xiàn)光源裝置輸出不同光譜的方式主要有單色儀、濾光片轉輪及多通道led組合光源等。單色儀使用色散元件分光并用狹縫選擇輸出特定波長光，缺點是只能輸出任意波長的單色光，無法實現(xiàn)組合光譜；濾光片轉輪通過機械方式控制不同濾光片的切換，實現(xiàn)不同波長透過輸出，但每個濾光片光譜透過率固定，無法實現(xiàn)任意光譜；多通道led組合光源使用不同波長范圍的led光源形成復合光輸出，缺點是光源帶寬大、帶寬范圍固定，不能實現(xiàn)任意光譜。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┝艘环N可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，以至少解決現(xiàn)有技術中存在的以上技術問題。

2、本申請實施例提供一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，包括復合光光源、分光模塊、控制模塊和輸出模塊；分光模塊包括偏振分束立方、拋物面反射鏡、光柵和柱面反射鏡，用于將復合光的不同波長分離；控制模塊用于編程實現(xiàn)波長強度選擇；輸出模塊包括透鏡組和光纖，用于光譜調制光的耦合輸出。

3、在一可實施方式中，所述控制模塊包括液晶空間光調制器、相關控制板及計算機。

4、在一可實施方式中，所述裝置的工作波長范圍由光柵的刻線密度、光柵入射角與衍射角之和、柱面反射鏡的焦距及液晶空間光調制器的橫向有效工作長度共同決定，設定了最小工作波長為λmin時，裝置的最大工作波長λmax根據(jù)以下系列公式獲得：

5、

6、

7、

8、

9、其中，n為光柵的刻線密度，θmin為波長λmin對應的衍射角，為光柵入射角與衍射角之和，f為柱面反射鏡的焦距，l為液晶空間光調制器的橫向有效工作長度，θmax為波長λmax對應的衍射角。

10、在一可實施方式中，所述裝置的出光光譜的分辨率r根據(jù)以下公式獲得：

11、

12、其中，m為上述工作波長范圍對應的有效像素數(shù)。

13、在一可實施方式中，所述裝置的工作波長范圍為400～880nm，所述裝置出光光譜的分辨率為0.25nm。

14、在一可實施方式中，任意光譜調制輸出光源裝置的中心波長對應的衍射角θ可根據(jù)以下公式獲得：

15、

16、其中，n為光柵的刻線密度，為光柵入射角與衍射角之和。

17、在一可實施方式中，任意光譜調制輸出光源裝置，其用于控制某一波長λi的光所對應的液晶空間光調制器的像素單元序數(shù)mi可根據(jù)以下公式獲得：

18、

19、

20、其中，表示向下取整，n為光柵的刻線密度，θi是波長λi對應的衍射角，為光柵入射角與衍射角之和，f為柱面反射鏡的焦距，a為液晶空間光調制器的單像素尺寸。

21、在一可實施方式中，所述復合光光源為光譜范圍330～2500nm的溴鎢燈。

22、在一可實施方式中，所述拋物面反射鏡與柱面反射鏡的焦距均為200mm。

23、本申請具有如下優(yōu)點：

24、1、本申請的光源裝置能夠實現(xiàn)寬光譜范圍內任意組合的多光譜輸出，能夠同時實現(xiàn)光譜的波長分布調制和強度調制；

25、2、本申請采用的光路結構中，光束從偏振分束立方途徑光學元件傳播至液晶空間光調制器，被反射后沿原光路返回至偏振分束立方，節(jié)省了光學元件的使用數(shù)量，降低成本；

26、3、本申請的光路結構采用兩塊反射鏡和反射型光柵用于轉折光路，減少色差影響的同時使得裝置結構更加緊湊，更小的尺寸有利于裝置和光譜檢測系統(tǒng)集成；

27、4、本申請選用液晶空間光調制器和偏振分束立方配合使用實現(xiàn)光調制，其分辨率相較于傳統(tǒng)的數(shù)字微鏡器要高，能夠實現(xiàn)小于1nm的出光光譜的分辨率；

28、5、本申請通過軟件編程調制光譜，操作簡單方便，切換速率快。

技術特征：

1.一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，其特征在于，包括復合光光源、分光模塊、控制模塊和輸出模塊；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，其特征在于：所述控制模塊包括液晶空間光調制器、相關控制板及計算機。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，其特征在于，所述裝置的工作波長范圍由光柵的刻線密度、光柵入射角與衍射角之和、柱面反射鏡的焦距及液晶空間光調制器的橫向有效工作長度共同決定，設定了最小工作波長為λmin時，裝置的最大工作波長λmax根據(jù)以下系列公式獲得：

4.根據(jù)權利要求3所述的一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，其特征在于，所述裝置的出光光譜的分辨率r根據(jù)以下公式獲得：

5.根據(jù)權利要求4所述的一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，其特征在于：所述裝置的工作波長范圍為400～880nm，所述裝置出光光譜的分辨率為0.25nm。

6.根據(jù)權利要求3所述的一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，其特征在于，任意光譜調制輸出光源裝置的中心波長對應的衍射角θ可根據(jù)以下公式獲得：

7.根據(jù)權利要求6所述的一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，其特征在于，任意光譜調制輸出光源裝置，其用于控制某一波長λi的光所對應的液晶空間光調制器的像素單元序數(shù)mi可根據(jù)以下公式獲得：

8.根據(jù)權利要求1所述的一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，其特征在于：所述復合光光源為光譜范圍330～2500nm的溴鎢燈。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，其特征在于：所述拋物面反射鏡與柱面反射鏡的焦距均為200mm。

技術總結
本申請涉及一種可實現(xiàn)任意光譜調制輸出的光源裝置，屬于光學器件技術領域，其包括復合光光源、分光模塊、控制模塊和輸出模塊；分光模塊包括偏振分束立方、拋物面反射鏡、光柵和柱面反射鏡，用于將復合光的不同波長分離；控制模塊用于編程實現(xiàn)波長強度選擇；輸出模塊包括透鏡組和光纖，用于光譜調制光的耦合輸出。本申請可實現(xiàn)寬光譜范圍內任意組合的多光譜輸出。

技術研發(fā)人員：龔永興,黃旭,戴浩,陳雯潔
受保護的技術使用者：杭州納境科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/5