一種提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，所述解調(diào)系統(tǒng)包括泵浦源、波分復(fù)用器、布拉格光纖光柵、光闌、狹縫、準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像鏡和線陣探測器、壓電執(zhí)行元件及電壓控制系統(tǒng)，其中所述泵浦源、波分復(fù)用器和布拉格光纖光柵依次連接，所述波分復(fù)用器同時連接光闌，所述泵浦源發(fā)出的光通過波分復(fù)用器的耦合后進(jìn)入布拉格光纖光柵，所述布拉格光纖光柵的反射譜作為注入光進(jìn)入光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，注入光通過狹縫后，依次通過準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像鏡的反射，最終匯聚到線陣探測器上，其中所述狹縫或線陣探測器能夠沿長軸方向左右移動微小距離，其中所述準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像鏡能夠沿逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)微小角度。
【專利說明】
一種提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，特別涉及一種提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵 解調(diào)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖光柵是一種新型無源傳感元件，具有高靈敏度，抗電磁干擾能力強(qiáng)，耐腐蝕等 諸多優(yōu)點，自用于傳感以來，已經(jīng)取得了快速持續(xù)的發(fā)展，在航空航天、建筑結(jié)構(gòu)、石油等領(lǐng) 域的安全監(jiān)測方面有著廣闊的應(yīng)用前景。光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)是整個傳感系統(tǒng)的關(guān)鍵部分， 實現(xiàn)高精度、高分辨率、動態(tài)和靜態(tài)參量結(jié)合、多點復(fù)用檢測和低成本是光纖光柵解調(diào)技術(shù) 發(fā)展的趨勢。光纖解調(diào)的方法有多種，調(diào)諧F-P濾波法只能用于測量靜態(tài)應(yīng)變，可調(diào)諧激光 器法的成本非常高，非平衡M-Z干涉法易受環(huán)境影響，不利于工程應(yīng)用。隨著近年來光學(xué)探 測器的迅猛發(fā)展，使得小型化光纖光譜儀快速發(fā)展，基于光譜成像法的光纖解調(diào)技術(shù)也隨 之發(fā)展起來?；诠庾V成像法的光纖光柵解調(diào)儀體積小，集成化程度高，可用于測量靜態(tài)和 動態(tài)應(yīng)變，在眾多解調(diào)方法中具有突出優(yōu)點，是解調(diào)系統(tǒng)研究的一個重要方向，其中，解調(diào) 儀的光學(xué)系統(tǒng)性能直接影響了系統(tǒng)的分辨率，是解調(diào)儀的一個關(guān)鍵。
[0003] 光柵光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)種類較多，目前應(yīng)用比較普遍的是Czerny-Turner光 路結(jié)構(gòu)，即以兩面凹面反射鏡分別作為準(zhǔn)直鏡和成像鏡，以平面反射光柵作為色散元件。這 一方面是因為平面光柵設(shè)計難度低，復(fù)制成本低廉，衍射效率高；另一方面是由于Czerny-Turner結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)和布置的結(jié)構(gòu)參數(shù)較多，可以避免二次或多次衍射，便于采用光電陣列 探測器接收光譜。常見的小型Czerny-Turner光譜儀主要分為交叉型和M型2種結(jié)構(gòu)。M型是 Czerny-Turner光譜儀的經(jīng)典結(jié)構(gòu)，代表產(chǎn)品是荷蘭Avantes公司研制的Avaspec系列小型 光纖光譜儀;交叉型則是由其演變而來，其結(jié)構(gòu)更緊湊，空間利用率高。然而，由于線陣列圖 像傳感器像素數(shù)目有限，光譜空間分辨率受到限制。
[0004] 因此，能否在線陣傳感器像素有限的情況下實現(xiàn)高分辨率光柵波長精確解調(diào)，是 本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，所 述解調(diào)系統(tǒng)包括栗浦源、波分復(fù)用器、布拉格光纖光柵、光闌、狹縫、準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像 鏡和線陣探測器、壓電執(zhí)行元件及電壓控制系統(tǒng)，其中所述栗浦源、波分復(fù)用器和布拉格光 纖光柵依次連接，所述波分復(fù)用器同時連接光闌，所述栗浦源發(fā)出的光通過波分復(fù)用器的 親合后進(jìn)入布拉格光纖光柵，所述布拉格光纖光柵的反射譜作為注入光進(jìn)入光纖光柵解調(diào) 系統(tǒng)，注入光通過狹縫后，依次通過準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像鏡的反射，最終匯聚到線陣探測 器上，其中所述狹縫或線陣探測器能夠沿長軸方向左右移動微小距離，或者所述準(zhǔn)直鏡、分 光光柵、成像鏡中的任一能夠沿逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)微小角度。
[0006] 優(yōu)選地，至少兩個所述狹縫、準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像鏡和線陣探測器在探測過程 中移動微小距離或旋轉(zhuǎn)微小角度。
[0007] 優(yōu)選地，所述微小距離為0-1厘米。
[0008] 優(yōu)選地，所述微小角度為10°-30°
[0009] 優(yōu)選地，所述狹縫、準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像鏡和線陣探測器通過壓電執(zhí)行元件來 高速調(diào)整。
[0010] 優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)微小角度的方法如下：
[0011] a)壓電執(zhí)行元件調(diào)節(jié)至最低端，此電壓為初調(diào)電壓；
[0012] b)記錄最低端光譜數(shù)據(jù)為初始光譜；
[0013] c)小步距調(diào)節(jié)壓電執(zhí)行元件，計算當(dāng)前光譜與初始光譜，所述壓電執(zhí)行元件為位 置伺服，通過輸入位置指令來控制準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像鏡旋轉(zhuǎn)微小角度，對入射光的空 間位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終確定光譜成像位置；
[0014] d)首次相關(guān)度峰值時的調(diào)節(jié)電壓記錄為終調(diào)電壓；
[0015] e)將初調(diào)電壓與終調(diào)電壓間等分為若干等級，每次解調(diào)均對各等級進(jìn)行測量，以 獲得更高的空間分辨率。
[0016] 優(yōu)選地，所述子步驟b)的具體處理過程如下：
[0017] 當(dāng)有256個像素時，則可以得到256個分段積分值：{10，11，12,……· · 1255}，當(dāng) 像素沿某一方向微動掃描時，得到另一數(shù)列：U〇'，11'，12'，……·· 1255'}，將此數(shù)列前 去前者，得到：UO '-IO，II'-Il，12'-12,……1255 '-1255，}，SP {G1-G0，G2_G1，G3-G2，……};其中GO表示第0位置的光強(qiáng)真值，Gl表示1位置的光強(qiáng)值;對此數(shù)列進(jìn)行求和，得 到{Gl-G0，G2-G0，G3-G0,……G255-G0}，這樣得到的是第一次微調(diào)后的新值，然后是第二次 微調(diào)后的新值，如果微調(diào)了 N次，就得到N次的插值。
[0018] 優(yōu)選地，所述移動微小距離的方法如下：
[0019] a)壓電執(zhí)行元件調(diào)節(jié)至最低端，此電壓為初調(diào)電壓；
[0020] b)記錄最低端光譜數(shù)據(jù)為初始光譜；
[0021] c)小步距調(diào)節(jié)壓電執(zhí)行元件，計算當(dāng)前光譜與初始光譜，所述壓電執(zhí)行元件為位 置伺服，通過輸入位置指令來控制狹縫或線陣探測器移動微小距離，對入射光的空間位置 進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終確定光譜成像位置；
[0022] d)首次相關(guān)度峰值時的調(diào)節(jié)電壓記錄為終調(diào)電壓；
[0023] e)將初調(diào)電壓與終調(diào)電壓間等分為若干等級，每次解調(diào)均對各等級進(jìn)行測量，以 獲得更高的空間分辨率。
[0024]優(yōu)選地，所述子步驟b)的具體處理過程如下：
[0025]當(dāng)有256個像素時，則可以得到256個分段積分值：{10，11，12,……· · 1255}，當(dāng) 像素沿某一方向微動掃描時，得到另一數(shù)列：U〇'，11'，12'，……·· 1255'}，將此數(shù)列前 去前者，得到：UO '-IO，II'-Il，12'-12,……1255 '-1255，}，SP {G1-G0，G2_G1，G3-G2，……};其中GO表示第0位置的光強(qiáng)真值，Gl表示1位置的光強(qiáng)值;對此數(shù)列進(jìn)行求和，得 到{Gl-G0，G2-G0，G3-G0,……G255-G0}，這樣得到的是第一次微調(diào)后的新值，然后是第二次 微調(diào)后的新值，如果微調(diào)了 N次，就得到N次的插值。
[0026]應(yīng)當(dāng)理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說明和解釋，并不應(yīng)當(dāng) 用作對本發(fā)明所要求保護(hù)內(nèi)容的限制。
【附圖說明】
[0027] 參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點將通過本發(fā)明實施方式的如下 描述得以闡明，其中：
[0028] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的提高線陣圖像傳感器光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0029] 圖2示出了采用狹縫平移提高線陣圖像傳感器光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3示出了采用準(zhǔn)直鏡微調(diào)提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0031] 圖4示意性示出采用微動光柵提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖5示意性示出采用成像鏡微調(diào)提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖6示意性示出采用線陣探測器微調(diào)提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖7示意性示出根據(jù)本發(fā)明的提高線陣圖像傳感器光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系 統(tǒng)的反饋控制方法的流程圖；
[0035] 圖8(a)示出了一個光強(qiáng)在空間呈一維高斯曲線分布圖；
[0036]圖8(b)示出了不調(diào)節(jié)狹縫時掃描后的多次測量結(jié)果插值后的結(jié)果圖；
[0037] 圖8(c)示出了調(diào)節(jié)狹縫時掃描后的多次測量結(jié)果插值后的結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0038] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的提高線陣圖像傳感器光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖；本發(fā)明提供的一種采用準(zhǔn)直光路微動提高線陣圖像傳感器光譜分辨率的光纖光柵 解調(diào)系統(tǒng)100如圖1所示，所述光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)100包括栗浦源(LD)IOU波分復(fù)用器(WDM) 102、布拉格光纖光柵(FBG) 103、光闌104、狹縫105、分光光柵106、準(zhǔn)直鏡107、成像鏡108和 線陣探測器(CXDH09。栗浦源101、波分復(fù)用器102和布拉格光纖光柵103依次連接，波分復(fù) 用器102同時連接光闌104。栗浦源101發(fā)出的光通過波分復(fù)用器102的耦合后進(jìn)入布拉格光 纖光柵103,布拉格光纖光柵103的反射譜作為注入光進(jìn)入光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)。注入光通過 狹縫105后，依次通過準(zhǔn)直鏡106、分光光柵107、成像鏡108的反射，最終匯聚到線陣探測器 (CCD)109 上。
[0039] 首先，將栗浦源101、波分復(fù)用器102、布拉格光纖光柵103以圖1所示方式熔接，其 中布拉格光纖光柵103應(yīng)具有較高的反射率以及較窄的線寬。根據(jù)本發(fā)明的實施方式的波 分復(fù)用器(WDM)102、布拉格光纖光柵(FBG)103的參數(shù)選擇均需要同栗浦波長、激光出射波 長參數(shù)匹配，具體的參數(shù)如表1所示。
[0040] 表1根據(jù)本發(fā)明的解調(diào)系統(tǒng)的反射譜光源參數(shù)
[0042] 實施方式中若選用芯徑為10/125μπι摻鉺光纖作為增益介質(zhì)，栗浦源LD尾纖、波分 復(fù)用器WDM需選取同樣型號芯徑。栗浦源LD輸出波長976nm，波分復(fù)用器WDM工作波長976/ 1550nm，布拉格光纖光柵FBG選取范圍為1530nm-1560nm，可在該范圍內(nèi)獲得激光輸出。實驗 中若選用芯徑為1〇/125μπι摻鐿光纖作為增益介質(zhì)，栗浦源LD尾纖、波分復(fù)用器WDM需選取同 樣型號芯徑。栗浦源LD為915nm單模輸出，波分復(fù)用器WDM工作波長915/1064nm，布拉格光纖 光柵FBG選取1064nm附近，可在該范圍內(nèi)獲得激光輸出。
[0043] 布拉格光纖光柵103的反射光作為入射光a經(jīng)過光闌104照射到準(zhǔn)直鏡106維持光 束的準(zhǔn)直性，然后準(zhǔn)直光照射到分光光柵107上進(jìn)行衍射分光，之后經(jīng)過成像鏡108,匯聚在 線陣探測器109。
[0044] 分光光柵107可由公式（1)表不 [0045] nA = d(sina土sinP) (1)
[0046]其中11為光譜級，11 = 〇，±1，±2".-;(1為入射角;杉為反射角；0為閃耀角;(1為光柵 常數(shù)。
[0047] n = 0為零級光譜，此時，β與λ無關(guān)，即無分光作用;n = ± 1，±2對應(yīng)為一級光譜和 二級光譜，其中一級光譜能量強(qiáng)，可用于實現(xiàn)分光。光柵分辨率與波長無關(guān)，分離后的光譜 屬于均排光譜，光柵的理論分辨率為光柵刻線數(shù)與光譜級次的乘積，可有公式(2)表示
[0048] R = nN (2)
[0049] 對于寬度為50mm，刻線數(shù)為1200條/mm的光柵，其一級光譜的分辨率為6 X 104。
[0050] 將布拉格光纖光柵103反射光作為注入光源，這樣減小了入射光的譜寬，在光柵分 辨率確定的條件下能夠獲得更間隔更加精細(xì)的干涉條紋。此時對狹縫、光闌、分光光柵、準(zhǔn) 直鏡、成像鏡和線陣探測器進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過輸入位置指令來控制狹縫微移動或控制分光光 柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡和線陣探測器的微轉(zhuǎn)動，對入射光的空間位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，則入射到成像 鏡的光路發(fā)生變化，匯聚到線陣探測器上的條紋也發(fā)生相應(yīng)的變化，最終確定光譜成像位 置。
[0051] 具體地，由以下實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0052] 實施例1
[0053]圖1示意性示出提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 如圖1所示，對狹縫、光闌、分光光柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡和線陣探測器中的至少兩個進(jìn)行微調(diào)， 其中所述狹縫或線陣探測器能夠沿長軸方向左右移動微小距離，移動范圍為0-1厘米。準(zhǔn)直 鏡、分光光柵、成像鏡能夠沿逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)微小角度，旋轉(zhuǎn)角度為10° -30°所述狹縫、 光闌、分光光柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡和線陣探測器通過壓電執(zhí)行元件來高速調(diào)整。壓電執(zhí)行元 件通過電壓控制系統(tǒng)來控制，使光譜成像于線陣圖像傳感器的位置在最小像素間隔范圍內(nèi) 進(jìn)行移動。通過調(diào)節(jié)狹縫、光闌、分光光柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡和線陣探測器的旋轉(zhuǎn)角度，從而 達(dá)到提高測試精度的作用。
[0054] 實施例2
[0055] 圖2示意性示出了采用狹縫平移提高線陣圖像傳感器光譜分辨率的光纖光柵解調(diào) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，對狹縫105進(jìn)行調(diào)節(jié)，使狹縫沿圖示箭頭b方向移動，狹縫移 動步長為〇. 1微米，調(diào)節(jié)范圍在0-1厘米之間。狹縫105通過壓電執(zhí)行元件來高速調(diào)整。壓電 執(zhí)行元件通過電壓控制系統(tǒng)來控制，使光譜成像于線陣圖像傳感器的位置在最小像素間隔 范圍內(nèi)進(jìn)行移動。這樣，入射到成像鏡108的光路就會發(fā)生變化，匯聚到線陣探測器109上的 條紋也發(fā)生相應(yīng)的變化。通過調(diào)節(jié)光纖入射狹縫的寬度，能夠?qū)崿F(xiàn)條紋的微小移動，從而達(dá) 到提高測試精度的作用。
[0056] 實施例3
[0057] 圖3示意性示出采用準(zhǔn)直鏡微調(diào)提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，對準(zhǔn)直鏡106進(jìn)行調(diào)節(jié)，使準(zhǔn)直鏡106沿圖示箭頭c方向旋轉(zhuǎn)，旋 轉(zhuǎn)角度為逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)10° _30°。準(zhǔn)直鏡106通過壓電執(zhí)行元件來高速調(diào)整。壓電執(zhí) 行元件通過電壓控制系統(tǒng)來控制，使光譜成像于線陣圖像傳感器的位置在最小像素間隔范 圍內(nèi)進(jìn)行移動。這樣，入射到成像鏡108的光路就會發(fā)生變化，匯聚到線陣探測器109上的條 紋也發(fā)生相應(yīng)的變化。通過調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡的旋轉(zhuǎn)角度，能夠?qū)崿F(xiàn)條紋的微小移動，從而達(dá)到提 高測試精度的作用。
[0058] 實施例4
[0059] 圖4示意性示出采用微動光柵提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，對分光光柵107進(jìn)行調(diào)節(jié)，使分光光柵沿圖示箭頭d方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn) 角度為逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)10° _30°。分光光柵107通過壓電執(zhí)行元件來高速調(diào)整。壓電執(zhí) 行元件通過電壓控制系統(tǒng)來控制，使光譜成像于線陣圖像傳感器的位置在最小像素間隔范 圍內(nèi)進(jìn)行移動。這樣，入射到成像鏡108的光路就會發(fā)生變化，匯聚到線陣探測器109上的條 紋也發(fā)生相應(yīng)的變化。通過調(diào)節(jié)分光光柵的旋轉(zhuǎn)角度，能夠?qū)崿F(xiàn)條紋的微小移動，從而達(dá)到 提高測試精度的作用。
[0060] 實施例5
[0061] 圖5示意性示出采用成像鏡微調(diào)提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，對成像鏡108進(jìn)行調(diào)節(jié)，使分光光柵沿圖示箭頭e方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn) 角度為逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)10° _30°。成像鏡108通過壓電執(zhí)行元件來高速調(diào)整。壓電執(zhí)行 元件通過電壓控制系統(tǒng)來控制，使光譜成像于線陣圖像傳感器的位置在最小像素間隔范圍 內(nèi)進(jìn)行移動，匯聚到線陣探測器109上的條紋也發(fā)生相應(yīng)的變化。通過調(diào)節(jié)成像鏡的旋轉(zhuǎn)角 度，能夠?qū)崿F(xiàn)條紋的微小移動，從而達(dá)到提高測試精度的作用。
[0062] 實施例6
[0063] 圖6示意性示出采用線陣探測器微調(diào)提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，對線陣探測器109進(jìn)行調(diào)節(jié)，使分光光柵沿圖示箭頭f方向 左右移動。狹縫移動步長為0.1微米，調(diào)節(jié)范圍在0-1厘米之間。線陣探測器109通過壓電執(zhí) 行元件來高速調(diào)整。壓電執(zhí)行元件通過電壓控制系統(tǒng)來控制，使光譜成像于線陣圖像傳感 器的位置在最小像素間隔范圍內(nèi)進(jìn)行移動。通過調(diào)節(jié)線陣探測器的旋轉(zhuǎn)角度，能夠?qū)崿F(xiàn)條 紋的微小移動，從而達(dá)到提高測試精度的作用。
[0064] 圖7示意性示出根據(jù)本發(fā)明的提高線陣圖像傳感器光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系 統(tǒng)的反饋控制方法的流程圖。具體控制方法如下：
[0065] 首先，步驟701，壓電執(zhí)行元件調(diào)節(jié)至最低端，此電壓為初調(diào)電壓；
[0066]步驟702，記錄最低端光譜數(shù)據(jù)為初始光譜；
[0067] 步驟703,小步距調(diào)節(jié)壓電元件，壓電元件為位置伺服，通過輸入位置指令，分別調(diào) 節(jié)狹縫、分光光柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡或線陣探測器，計算當(dāng)前光譜與初始光譜。調(diào)節(jié)高斯圖像 在CCD上的移動距離到達(dá)一個像素寬度時，即完成一次掃描，把一次掃描的各次測量數(shù)據(jù)分 別插值，形成一個更為平滑的曲線。其處理過程是這樣的，像素的輸出是對光強(qiáng)曲線的分段 積分，當(dāng)有256個像素時，則可以得到256個分段積分值：{10，11，12,……·· 1255}，當(dāng)像素 沿某一方向微動掃描時，得到另一數(shù)列：{10'，11'，12'，……..1255'}，將此數(shù)列前去前者， 得到：{Ι〇'-Ι〇，Ι1'-Ι1，Ι2'-Ι2,……1255'_1255，}，即{G1-G0，G2-G1，G3_G2,……}。其中GO 表示第〇位置的光強(qiáng)真值(注意是〇位置，而非在像素尺度內(nèi)的光強(qiáng)積分），G1表示1位置的光 強(qiáng)值。對此數(shù)列進(jìn)行求和，得到{G1-G0，G2-G0 ,G3-G0，……G255-G0}，這樣得到的是第一次 微調(diào)后的新值，然后是第二次微調(diào)后的新值，如果微調(diào)了 N次，就得到N次的插值。
[0068] 步驟704,首次相關(guān)度峰值時的調(diào)節(jié)電壓記錄為終調(diào)電壓；
[0069] 步驟705,將初調(diào)電壓與終調(diào)電壓間等分為若干等級，根據(jù)各個等級來確定狹縫的 移動距離或分光光柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡或線陣探測器的旋轉(zhuǎn)角度。
[0070] 步驟706,返回步驟703,每次解調(diào)均對各等級進(jìn)行測量，以獲得更高的空間分辨 率。
[0071] 圖8(a)_8(c)示出了本發(fā)明調(diào)節(jié)狹縫、分光光柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡或線陣探測器提 高光譜空間分辨率的原理。圖8(a)示出了光強(qiáng)在空間呈一維高斯曲線分布圖。一個光強(qiáng)在 空間呈一維高斯曲線分布的光束照射到一個CCD傳感器上，CCD的各像素緊密排列，每個像 素相當(dāng)于一個豎格，如圖8(a)所示，像素的輸出實際是對落在一個像素上的光強(qiáng)總量的積 分。由于離散化過大，導(dǎo)致對圖像分辨率較低，為提高曲線的采樣點數(shù)，通過調(diào)節(jié)狹縫、分光 光柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡或線陣探測器，來改變高斯曲線在CCD傳感器上的位置，相當(dāng)于移動 CCD傳感器對曲線的不同位置進(jìn)行采集。狹縫、分光光柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡或線陣探測器的微 調(diào)，相當(dāng)于對傳感器的位置微調(diào)，這樣就得到對曲線更加細(xì)膩的刻畫。圖8(b)為不調(diào)節(jié)狹 縫、分光光柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡或線陣探測器時掃描后的多次測量結(jié)果插值后的結(jié)果圖。圖8 (c)為調(diào)節(jié)狹縫、分光光柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡或線陣探測器時掃描后的多次測量結(jié)果插值后 的結(jié)果圖。由圖8(b)和8(c)可知，調(diào)節(jié)狹縫、分光光柵、準(zhǔn)直鏡、成像鏡或線陣探測器，調(diào)節(jié) 高斯圖像在CCD上的移動距離到達(dá)一個像素寬度時，即完成一次掃描，把一次掃描的各次測 量數(shù)據(jù)分別插值，形成一個更為平滑的曲線。
[0072] 結(jié)合這里披露的本發(fā)明的說明和實踐，本發(fā)明的其他實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員 都是易于想到和理解的。說明和實施例僅被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真正范圍和主旨均 由權(quán)利要求所限定。
【主權(quán)項】
1. 一種提高探測器陣列光譜分辨率的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，所述解調(diào)系統(tǒng)包括栗浦源、 波分復(fù)用器、布拉格光纖光柵、光闌、狹縫、準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像鏡和線陣探測器、壓電執(zhí) 行元件及電壓控制系統(tǒng)， 其中所述栗浦源、波分復(fù)用器和布拉格光纖光柵依次連接，所述波分復(fù)用器同時連接 光闌， 所述栗浦源發(fā)出的光通過波分復(fù)用器的耦合后進(jìn)入布拉格光纖光柵，所述布拉格光纖 光柵的反射譜作為注入光進(jìn)入光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)， 注入光通過狹縫后，依次通過準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像鏡的反射，最終匯聚到線陣探測 器上， 其中所述狹縫或線陣探測器能夠沿長軸方向左右移動微小距離，或者所述準(zhǔn)直鏡、分 光光柵、成像鏡中的任一能夠沿逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)微小角度。2. 如權(quán)利要求1所述的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其中至少兩個所述狹縫、準(zhǔn)直鏡、分光光柵、 成像鏡和線陣探測器在探測過程中移動微小距離或旋轉(zhuǎn)微小角度。3. 如權(quán)利要求2所述的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其中所述微小距離為0-1厘米。4. 如權(quán)利要求2所述的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其中所述微小角度為10°-30°。5. 如權(quán)利要求1所述的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其中所述狹縫、準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像鏡和 線陣探測器通過壓電執(zhí)行元件來高速調(diào)整。6. 如權(quán)利要求1所述的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)微小角度的方法如下： a) 壓電執(zhí)行元件調(diào)節(jié)至最低端，此電壓為初調(diào)電壓； b) 記錄最低端光譜數(shù)據(jù)為初始光譜； c) 小步距調(diào)節(jié)壓電執(zhí)行元件，計算當(dāng)前光譜與初始光譜，所述壓電執(zhí)行元件為位置伺 月艮，通過輸入位置指令來控制準(zhǔn)直鏡、分光光柵、成像鏡旋轉(zhuǎn)微小角度，對入射光的空間位 置進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終確定光譜成像位置； d) 首次相關(guān)度峰值時的調(diào)節(jié)電壓記錄為終調(diào)電壓； e) 將初調(diào)電壓與終調(diào)電壓間等分為若干等級，每次解調(diào)均對各等級進(jìn)行測量，以獲得 更高的空間分辨率。7. 如權(quán)利要求6所述的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其中所述子步驟b)的具體處理過程如下： 當(dāng)有256個像素時，則可以得到256個分段積分值：{IO，11，12，........ 1255}，當(dāng)像素 沿某一方向微動掃描時，得到另一數(shù)列：{10'，11'，12'，........1255' }，將此數(shù)列前去前 者，得到：UO '-IO，Il '-II，12'-12,...... 1255 '-1255，}，BP {G 卜GO，G2-G1，G3- G2,......};其中GO表示第0位置的光強(qiáng)真值，Gl表示1位置的光強(qiáng)值;對此數(shù)列進(jìn)行求和， 得到{G1-G0，G2-G0，G3-G0，......G255-G0}，這樣得到的是第一次微調(diào)后的新值，然后是第 二次微調(diào)后的新值，如果微調(diào)了 N次，就得到N次的插值。8. 如權(quán)利要求1所述的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其中所述移動微小距離的方法如下： a) 壓電執(zhí)行元件調(diào)節(jié)至最低端，此電壓為初調(diào)電壓； b) 記錄最低端光譜數(shù)據(jù)為初始光譜； c) 小步距調(diào)節(jié)壓電執(zhí)行元件，計算當(dāng)前光譜與初始光譜，所述壓電執(zhí)行元件為位置伺 月艮，通過輸入位置指令來控制狹縫或線陣探測器移動微小距離，對入射光的空間位置進(jìn)行 調(diào)節(jié)，最終確定光譜成像位置； d) 首次相關(guān)度峰值時的調(diào)節(jié)電壓記錄為終調(diào)電壓； e) 將初調(diào)電壓與終調(diào)電壓間等分為若干等級，每次解調(diào)均對各等級進(jìn)行測量，以獲得 更高的空間分辨率。9.如權(quán)利要求8所述的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其中所述子步驟b)的具體處理過程如下： 當(dāng)有256個像素時，則可以得到256個分段積分值：{IO，11，12，........ 1255}，當(dāng)像素 沿某一方向微動掃描時，得到另一數(shù)列：{10'，11'，12'，........1255' }，將此數(shù)列前去前 者，得到：UO '-IO，Il '-II，12'-12,...... 1255 '-1255，}，BP {G 卜GO，G2-G1，G3- G2,......};其中GO表示第0位置的光強(qiáng)真值，Gl表示1位置的光強(qiáng)值;對此數(shù)列進(jìn)行求和， 得到{G1-G0，G2-G0，G3-G0，......G255-G0}，這樣得到的是第一次微調(diào)后的新值，然后是第 二次微調(diào)后的新值，如果微調(diào)了 N次，就得到N次的插值。
【文檔編號】G01J3/28GK105890752SQ201610200704
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】祝連慶, 何巍, 劉鋒, 董明利, 婁小平, 莊煒, 駱飛
【申請人】北京信息科技大學(xué)