一种可实现任意光谱调制输出的光源装置的制作方法

本发明属于光学器件领域，特别涉及一种可实现任意光谱调制输出的光源装置。

背景技术：

1、光谱分析技术被广泛应用于生物化学检测、军事侦察、医学诊断、环境检测等领域，其利用不同物质对不同波长的光具有选择性吸收、反射和散射效果，通过分析与物质相互作用后的光来检测出物质的物理化学组成。照明光源作为光谱能量的来源，是光谱检测系统的重要组成部分。为使光谱数据摆脱环境光源随机性和复杂性的影响，简化提取分析过程，需要提供光谱信息已知的光源；为了应对不同物质的准确检测，还通常要求能将光源切换至不同波长输出。

2、目前，实现光源装置输出不同光谱的方式主要有单色仪、滤光片转轮及多通道led组合光源等。单色仪使用色散元件分光并用狭缝选择输出特定波长光，缺点是只能输出任意波长的单色光，无法实现组合光谱；滤光片转轮通过机械方式控制不同滤光片的切换，实现不同波长透过输出，但每个滤光片光谱透过率固定，无法实现任意光谱；多通道led组合光源使用不同波长范围的led光源形成复合光输出，缺点是光源带宽大、带宽范围固定，不能实现任意光谱。

技术实现思路

1、本申请提供了一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

2、本申请实施例提供一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，包括复合光光源、分光模块、控制模块和输出模块；分光模块包括偏振分束立方、抛物面反射镜、光栅和柱面反射镜，用于将复合光的不同波长分离；控制模块用于编程实现波长强度选择；输出模块包括透镜组和光纤，用于光谱调制光的耦合输出。

3、在一可实施方式中，所述控制模块包括液晶空间光调制器、相关控制板及计算机。

4、在一可实施方式中，所述装置的工作波长范围由光栅的刻线密度、光栅入射角与衍射角之和、柱面反射镜的焦距及液晶空间光调制器的横向有效工作长度共同决定，设定了最小工作波长为λmin时，装置的最大工作波长λmax根据以下系列公式获得：

5、

6、

7、

8、

9、其中，n为光栅的刻线密度，θmin为波长λmin对应的衍射角，为光栅入射角与衍射角之和，f为柱面反射镜的焦距，l为液晶空间光调制器的横向有效工作长度，θmax为波长λmax对应的衍射角。

10、在一可实施方式中，所述装置的出光光谱的分辨率r根据以下公式获得：

11、

12、其中，m为上述工作波长范围对应的有效像素数。

13、在一可实施方式中，所述装置的工作波长范围为400～880nm，所述装置出光光谱的分辨率为0.25nm。

14、在一可实施方式中，任意光谱调制输出光源装置的中心波长对应的衍射角θ可根据以下公式获得：

15、

16、其中，n为光栅的刻线密度，为光栅入射角与衍射角之和。

17、在一可实施方式中，任意光谱调制输出光源装置，其用于控制某一波长λi的光所对应的液晶空间光调制器的像素单元序数mi可根据以下公式获得：

18、

19、

20、其中，表示向下取整，n为光栅的刻线密度，θi是波长λi对应的衍射角，为光栅入射角与衍射角之和，f为柱面反射镜的焦距，a为液晶空间光调制器的单像素尺寸。

21、在一可实施方式中，所述复合光光源为光谱范围330～2500nm的溴钨灯。

22、在一可实施方式中，所述抛物面反射镜与柱面反射镜的焦距均为200mm。

23、本申请具有如下优点：

24、1、本申请的光源装置能够实现宽光谱范围内任意组合的多光谱输出，能够同时实现光谱的波长分布调制和强度调制；

25、2、本申请采用的光路结构中，光束从偏振分束立方途径光学元件传播至液晶空间光调制器，被反射后沿原光路返回至偏振分束立方，节省了光学元件的使用数量，降低成本；

26、3、本申请的光路结构采用两块反射镜和反射型光栅用于转折光路，减少色差影响的同时使得装置结构更加紧凑，更小的尺寸有利于装置和光谱检测系统集成；

27、4、本申请选用液晶空间光调制器和偏振分束立方配合使用实现光调制，其分辨率相较于传统的数字微镜器要高，能够实现小于1nm的出光光谱的分辨率；

28、5、本申请通过软件编程调制光谱，操作简单方便，切换速率快。

技术特征：

1.一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，其特征在于，包括复合光光源、分光模块、控制模块和输出模块；

2.根据权利要求1所述的一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，其特征在于：所述控制模块包括液晶空间光调制器、相关控制板及计算机。

3.根据权利要求1所述的一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，其特征在于，所述装置的工作波长范围由光栅的刻线密度、光栅入射角与衍射角之和、柱面反射镜的焦距及液晶空间光调制器的横向有效工作长度共同决定，设定了最小工作波长为λmin时，装置的最大工作波长λmax根据以下系列公式获得：

4.根据权利要求3所述的一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，其特征在于，所述装置的出光光谱的分辨率r根据以下公式获得：

5.根据权利要求4所述的一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，其特征在于：所述装置的工作波长范围为400～880nm，所述装置出光光谱的分辨率为0.25nm。

6.根据权利要求3所述的一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，其特征在于，任意光谱调制输出光源装置的中心波长对应的衍射角θ可根据以下公式获得：

7.根据权利要求6所述的一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，其特征在于，任意光谱调制输出光源装置，其用于控制某一波长λi的光所对应的液晶空间光调制器的像素单元序数mi可根据以下公式获得：

8.根据权利要求1所述的一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，其特征在于：所述复合光光源为光谱范围330～2500nm的溴钨灯。

9.根据权利要求1所述的一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，其特征在于：所述抛物面反射镜与柱面反射镜的焦距均为200mm。

技术总结
本申请涉及一种可实现任意光谱调制输出的光源装置，属于光学器件技术领域，其包括复合光光源、分光模块、控制模块和输出模块；分光模块包括偏振分束立方、抛物面反射镜、光栅和柱面反射镜，用于将复合光的不同波长分离；控制模块用于编程实现波长强度选择；输出模块包括透镜组和光纤，用于光谱调制光的耦合输出。本申请可实现宽光谱范围内任意组合的多光谱输出。

技术研发人员：龚永兴,黄旭,戴浩,陈雯洁
受保护的技术使用者：杭州纳境科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5