一种波长定标仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光谱技术领域，具体地，涉及一种应用于光谱仪器波长定标的波长定 标仪，该波长定标仪利用波导结构梳状滤波器对宽光谱入射光进行调制，获得等间隔的梳 状特征峰，进行波长定标。
【背景技术】
[0002] 光谱仪器是光学检测与光学分析行业中一种重要的工具。光谱仪器的波长（或波 数）的准确性、分辨率、信噪比等参数指标是衡量光谱仪器品质的主要方面，其中，光谱仪 波长的准确性在很大程度上影响着光谱检测的正确性。所以在光谱仪器在出厂之前和使用 一段时间后，都需要进行精准的波长定标或校正。
[0003] 目前，波长定标的方法主要是选择在工作波长范围内具有较多特征峰的光源，如 汞氩灯、氖灯等；或者采用具有特征吸收的标准物质，如氧化钦溶液、钦玻璃等，获得足够多 的特征波长数据后，采取最小二乘法多项式拟合等算法进一步得到波长与CCD探测器像元 或者波长与波长扫描机构的参数（如丝杆位置或光栅角度等）的对应关系。为了提高定标 的准确性，定标需要有足够多的标准特征峰与CCD像元关系的数据点，通常上述特征光源 或标准物质的方式在有些光谱范围特征峰数据很有限，谱峰位置分布不均匀，造成定标精 度不够高。有的改进的定标方法是利用单色仪输出固定波长的准单色光，逐点来完成定标 的，需要增加单色仪设备，定标扫描等操作需要时间较长。此外由于定标时间较长，定标系 统的参数可能随时间会有所改变，降低了光谱定标数据的可靠性。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高精度、快速的定标仪，即采用 常规的宽光谱光源，利用光波导器件的滤波特性获得一系列特征峰或谷，以一台标准光谱 仪为对照，进而对待定标的光谱仪进行快速定标，应用光波导滤波器对常规宽光谱光源进 行滤波可获得梳状特征的光谱，该光谱具有谱峰数目多、分布均匀、峰值明显等特点，梳状 谱图中的谱峰间距相等，间隔容易调节，利用这些谱峰来定标，采样数据点多而且分布均 匀，能够获得更1?的定标精度，而且具有定标操作简单、效率1?、稳定性好等特点，能同时对 多台仪器进行定标，大大降低光谱仪生产的成本，节约时间。
[0005] 为实现以上目的，本发明提供一种波长定标仪，包括光源、准直透镜、波导滤波器、 耦合透镜、分光光纤、标准光谱仪、待定标光谱仪和计算机，其中：所述光源发出的光经过所 述准直透镜准直后变成平行光，然后以一定的角度入射所述波导滤波器，经过所述波导滤 波器滤波后，从波导滤波器的表面或端面出射的光经过所述耦合透镜聚焦后耦合进入所述 分光光纤的输入端，所述分光光纤具有多个输出端，其中的一个输出端接入标准光谱仪、另 外的几个输出端接入一台或多台待定标光谱仪，获得各个待定标光谱仪CCD像元或波长扫 描机构的参数（或丝杆位置或光栅角度等）与波长（或波数）的对应关系的数据并传给所 述计算机，所述计算机对数据进行定标处理，得出定标参数回传给各待定标光谱仪作为定 标数据写入定标程序，完成快速准确定标。
[0006] 优选地，所述的定标仪根据待定标光谱仪的光谱范围和波长定标所需的数据量， 确定波导滤波器的材料和参数，使得波导滤波器在待定标光谱仪的光谱范围具有良好的梳 状特性。
[0007] 优选地，入射角变化范围从0到45度。
[0008] 优选地，所述的波导滤波器由镀有金属膜层的棱镜和平板玻璃，以及设置在它们 之间的中间隔层构成，也可以由镀有金属膜层的两块平板玻璃和设置在这两块平板玻璃之 间的中间隔层构成，中间隔层的作用是在两个金属膜层之间形成一个平行的波导腔层。
[0009] 更优选地，所述波导腔层的平行度小于5'。
[0010] 更优选地，所述的波导腔内可以是空气，或者其他气体或液体或固体物质。
[0011] 优选地，所述的光源为具有一定光谱带宽的宽光谱灯源，如卤钨灯、氙灯、氘灯、氢 灯、LED，所述光源具体根据待定标光谱仪的测量光谱范围进行选择。
[0012] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0013] 本发明克服了现有技术采用标准光源或标准物质进行波长定标时因发射或吸收 峰个数少、分布不均匀等不足，只需要采用普通的连续宽光谱光源，经过波导滤波器获得梳 状特征光谱，梳状特征光谱峰数目多、分布均匀；而且可通过改变入射角或填充物质改变峰 位和分布获得足够多均匀分布的光谱峰数据，从而提高波长定标的精度；此外，通过分光光 纤可同时进行多台光谱仪的波长定标，大大减少了定标时间，提高了效率。
【附图说明】
[0014] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0015]图1为本发明一实施例的波导滤波器结构示意图，其中（a)、（b)、（c)分别为三种 不同结构的波导滤波器；
[0016] 图2为本发明一实施例的应用波导滤波器的光谱仪波长定标仪系统构成图；
[0017] 图3为本发明另一实施例的应用波导滤波器的光谱仪波长定标仪系统构成图；
[0018] 图4为本发明一实施例的卤钨灯经过波导滤波器前后的光谱对照图；
[0019] 图5为本发明一实施例的卤钨灯以不同入射角经过波导滤波器的光谱对照图。
[0020] 图中：光源1、准直透镜2、波导滤波器3、稱合透镜4、分光光纤5、标准光谱仪6、待 定标光谱仪7、计算机8。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0022] 结合图1中（a)、（b)、（C)所示的波导滤波器结构图，本实施例的原理和技术方案 如下：
[0023] 由双面金属包覆结构波导内电磁场分布函数和电磁场边界条件可知，当一束平行 光经棱镜或自由空间耦合进入波导时，满足一定条件的光波在波导层内形成超高阶导膜， 导致出射光与该波导结构的参数及入射光波长等有关，一束平行光以一定角度入射波导 后，反射率R与入射光入射于波导结构表面的角度，稱合棱镜、金属覆盖层和导波层的介 电常数，金属覆盖层的厚度，为导波层厚度以及入射光的波长有关，写成函数关系为R= f(0，ei，e2，e3,4，d,X)，其中0为入射光入射于波导结构表面的角度，S1,e2, ￡3分 别为耦合棱镜、金属覆盖层和导波层的介电常数，(12为金属覆盖层的厚度，d为导波层厚度， 入为入射光的波长。因此通过设计这些波导参数，可以获得不同反射率分布，当选择一定 的结构、材料、厚度等参数制作成波导后，即h，e2,e3，d2，d保持不变，可以得到以相同角 度0入射的不同波长的光通过该波导滤波器的反射率的情况，其反射谱呈现出梳状结构 特征，故称为波导梳状滤波器。
[0024] 从波导侧面输出的光跟从上表面反射的光一样也具有梳状特征。
[0025] 结合图1中（a)进一步说明，采用对称金属包覆介质波导（e2=e4)，e4是波导 衬底的介电常数，其模式本征方程为：
[0026] k3d = m (m = 0, 1，2...) (1)
【主权项】
1. 一种波长定标仪，其特征在于，包括光源、准直透镜、波导滤波器、稱合透镜、分光光 纤、标准光谱仪、待定标光谱仪和计算机，其中：所述光源发出的光经过所述准直透镜准直 后变成平行光，然后以一角度e入射所述波导滤波器，经过所述波导滤波器滤波后，从表 面或端面出射的光经过所述耦合透镜聚焦后耦合进入所述分光光纤的输入端，所述分光光 纤具有多个输出端，其中的一个输出端接入所述标准光谱仪、另外的几个输出端接入一台 或多台所述待定标光谱仪，获得各待定标光谱仪ccd像元或丝杆位置或光栅角度，与波长 或波数的对应关系的数据并传给所述计算机；所述计算机对数据进行定标处理，得出定标 参数回传给各待定标光谱仪作为定标数据写入定标程序，完成快速准确定标。
2. 根据权利要求1所述的一种波长定标仪，其特征在于，所述的定标仪根据待定标光 谱仪的光谱范围和波长定标所需的数据量，确定波导滤波器的材料和参数，使得波导滤波 器在待定标光谱仪的光谱范围具有良好的梳状特性。
3. 根据权利要求1所述的一种波长定标仪，其特征在于，所述的波导滤波器由镀有金 属膜层的棱镜和平板玻璃，以及设置在它们之间的中间隔层构成，或者所述的波导滤波器 由镀有金属膜层的两块平板玻璃和设置在这两块平板玻璃之间的中间隔层构成，中间隔层 的作用是在两个金属膜层之间形成一个平行的波导腔层。
4. 根据权利要求3所述的一种波长定标仪，其特征在于，所述的波导腔内是气体或者 液体或者固体物质，改变波导层内物质可以改变梳状光谱出现的位置和周期间隔。
5. 根据权利要求3所述的一种波长定标仪，其特征在于，所述波导腔层的平行度小于 5、
6. 根据权利要求3所述的一种波长定标仪，其特征在于，当所述波导滤波器的结构参 数确定后，通过改变入射角e，或者改变波导层内物质，可以改变梳状光谱出现的位置和周 期间隔，在使用中仅需要改变入射角9或改变波导层内物质，就得到一系列不同位置分布 和周期间隔的梳状光谱。
7. 根据权利要求1-6任一项所述的一种波长定标仪，其特征在于，所述的光源为具有 一定带宽的宽谱灯源，所述光源根据待定标光谱仪的测量光谱范围进行选择。
【专利摘要】本发明提供了一种波长定标仪，包括光源、准直透镜、波导滤波器、耦合透镜、分光光纤、标准光谱仪、待定标光谱仪和计算机，光源发出的光经过准直透镜准直后变成平行光后以一定角度入射波导滤波器，经波导滤波器滤波后从表面或端面出射的光经耦合透镜聚焦后耦合进入分光光纤输入端，分光光纤具有多个输出端，其中一个输出端接入标准光谱仪、另外几个接入一台或多台待定标光谱仪；获得的各个定标光谱仪CCD像元或扫描机构的参数(如丝杆位置或光栅角度等)与波长对应关系的数据传给计算机，计算机对数据进行定标处理，得出定标参数回传各定标光谱仪作为定标数据写入定标程序，完成快速准确定标。
【IPC分类】G01J3-28
【公开号】CN104655278
【申请号】CN201510080470
【发明人】黄梅珍, 余镇岗, 汪洋, 黄锦荣, 孙振华, 宋彪, 邹烨
【申请人】上海交通大学, 上海速迪机电有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月13日