一种自适应光谱光源及其调节方法

本发明涉及一种应用于目标模拟器仿真领域的光谱光源，具体涉及一种自适应光谱光源及其调节方法。

背景技术：

1、光谱光源在仿真系统中具有重要作用，为了更逼真地仿真目标特性，仿真系统采用的光源通常需要携带特定光谱。随着仿真的场景日渐复杂多变，所采用的光源需要满足更高的要求，光源不仅要求具有光谱特性，还要求光谱特性可以调制。

2、在现有技术中，可调光谱光源的产生系统通常采用色散元件加上空间光调制器的结构，该系统存在光路复杂、中继光学元件较多的缺陷，导致能量有一定的损失。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有可调光谱光源的产生系统存在中继光学元件较多、光路复杂的缺陷，导致能量有一定损失的技术问题，而提供一种自适应光谱光源及其调节方法。

2、本发明的技术解决方案是：

3、本发明一种自适应光谱光源，其特殊之处在于：包括出射光源模块、可编程光栅、汇聚元件和积分球；

4、所述出射光源模块包括连续光源，以及依次设置在连续光源出射光路上的照明元件、狭缝和准直元件，所述连续光源用于提供宽谱段原始光；

5、所述狭缝的宽度根据所需光谱分辨率进行选择；

6、所述可编程光栅设置在准直元件的出射光路上，可编程光栅采用微机电结构的原理改变光栅结构参数对准直元件的光进行调制，输出预期的多个不同谱段的光；

7、所述汇聚元件包括沿可编程光栅出射光路依次设置的第一柱面镜和第二柱面镜；所述第一柱面镜和第二柱面镜连续放置，用于将可编程光栅出射的光汇聚成光斑；

8、所述积分球设置在汇聚元件的汇聚光路上；积分球设置有入口和出口；汇聚元件的光斑从积分球入口射入积分球内，光斑的光在积分球内进行多次漫反射后在积分球出口输出所需的光谱光源。

9、进一步地，所述可编程光栅包括第一光栅、第二光栅、设置在第一光栅和第二光栅之间的多个第一支撑件；所述第一光栅和第二光栅对应设置，多个第一支撑件将第一光栅和第二光栅之间的区域分隔成多个独立的电压调控区；所述第一光栅和第二光栅的表面通过微纳刻蚀加工工艺分别加工有多个第一可编程单元和多个第二可编程单元；每个电压调控区分别与位于该电压调控区位置处的第一可编程单元和第二可编程单元对应；与每个电压调控区对应的第一可编程单元和第二可编程单元之间均施加有可调控的驱动电压，用于通过调控各电压调控区的驱动电压大小，使对应的第一可编程单元塌陷至相应的高度，得到预期的光栅常数值。

10、进一步地，所述可编程光栅包括光栅微梁、第二支撑件、第三光栅和下电级；所述光栅微梁一端的底部与第二支撑件的上端铰接；所述第三光栅对应设置在光栅微梁下方；所述下电级设置在第三光栅一端的上表面，且与光栅微梁的另一端相对应；所述光栅微梁的一端与下电级之间施加有可调控的驱动电压，用于通过改变驱动电压的大小，使光栅微梁的另一端朝下电级倾斜至一定角度，使光栅的闪耀角符合设定要求。

11、进一步地，所述连续光源为点光源或面光源，其谱段范围为可见光谱段、近红外谱段、中波红外谱段或长波红外谱段。

12、进一步地，所述照明元件的照明形式采用柯勒照明或阿贝照明。

13、进一步地，所述积分球的内表面涂有反射率大于等于99％的强反射材料。

14、同时，本发明还提供了一种上述的自适应光谱光源的调节方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

15、1)根据所需要的光谱特性，选择可编程光栅并计算出相应的光栅结构参数的变化量，再等效计算出所需要施加的电压；

16、2)选择与所需光谱特性相匹配的连续光源和狭缝，将连续光源、照明元件、狭缝、准直元件、可编程光栅、汇聚元件和积分球进行安装搭建；

17、3)开启连续光源；

18、4)按步骤1)计算的电压对可编程光栅进行调控，使可编程光栅产生相应的形变，并调制输出预期的光谱光源。

19、本发明的有益效果：

20、1、本发明一种自适应光谱光源，采用微型光机电器件可编程光栅代替普通的衍射光栅，直接在光栅分光阶段加入可编程因子，通过编程对驱动电路的电压进行控制，光栅单元的结构在不同驱动电压下会产生不同的变形，进而可对光栅常数、闪耀角等结构参数进行调节，使衍射光的光能分布发生变化，产生预期的衍射和干涉能量分布特性，最终得到可根据目标场景实时变化的具有光谱特性且谱段范围可调的光源。本发明可编程光栅同时起到了色散与调制的作用，简化了整体系统结构，减少了系统能量的损失。

21、2、本发明一种自适应光谱光源，其连续光源的出射光可以是可见光，也可以是近红外谱段、中波红外谱段或长波红外谱段，融合了宽谱段光源，只需要一套系统既可输出可见光谱段的光源，也可输出近红外谱段、中波红外谱段或长波红外谱段，实现了真正意义上宽谱段光源。

22、3、本发明一种自适应光谱光源，具有结构简单、排布紧凑、操作容易、快速高效、稳定性和可靠性强的优点，同时，系统中光学元件较少，提高了整体系统的能量利用率。

23、4、本发明一种自适应光谱光源的调节方法，可以根据目标特性在不改变硬件的条件下输出不同的光谱，具有根据目标特性自适应的特点。

技术特征：

1.一种自适应光谱光源，其特征在于：包括出射光源模块、可编程光栅(5)、汇聚元件(6)和积分球(7)；

2.根据权利要求1所述的一种自适应光谱光源，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种自适应光谱光源，其特征在于：

4.根据权利要求1或2或3所述的一种自适应光谱光源，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种自适应光谱光源，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种自适应光谱光源，其特征在于：

7.一种权利要求1-6任一所述的自适应光谱光源的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种应用于目标模拟器仿真领域的光谱光源，具体涉及一种自适应光谱光源及其调节方法。解决了现有可调光谱光源的产生系统存在光路复杂、中继光学元件较多的缺陷，导致能量有一定损失的技术问题。本发明一种自适应光谱光源包括出射光源模块、可编程光栅、汇聚元件和积分球；出射光源模块包括连续光源，照明元件、狭缝和准直元件；可编程光栅采用微机电结构的原理改变光栅结构参数对准直元件的光进行调制，输出预期的多个不同谱段的光；汇聚元件用于将可编程光栅出射的光汇聚成光斑；汇聚元件的光斑射入积分球内，光斑的光在积分球内进行多次漫反射后输出所需的光谱光源。同时，本发明还提供了上述光谱光源的调节方法。

技术研发人员：胡炳樑,李芸,周安安,严强强,刘文龙,邹纯博,白清兰
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19