專利名稱：脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置和測量方法
技術領域：
本發明涉及脈沖閃光燈，特別是一種脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置和測量方法。
背景技術：
脈沖閃光燈以其高亮度、高色溫的特點而廣泛應用于照明、攝影、航海和激光等領域，尤其作為泵浦光源其光譜分布特性將直接影響激光器的總體效率，因此輻射光譜是脈沖閃光燈的一項重要指標。脈沖閃光燈輻射光譜的測量是一項技術難度較高的工作，由于脈沖閃光燈輻射光譜具有光譜范圍寬、輻射功率高、峰值大(最高可達IO8瓦量級)的特點，因此要求光譜儀的接受器和數據處理元件動態范圍大，線性區間寬，否則部分光譜會出現飽并導致光譜變形，從而不能得到正確的脈沖氙燈光譜。因此，測量脈沖閃光燈輻射光譜必須解決好以下技術問題
(1)輻射光譜范圍寬
由于脈沖閃光輻射的光譜范圍寬(通常覆蓋從近紫外到近紅外的區域)，因此需要探測器具有較寬的響應范圍。(2)光譜測試中的動態范圍大
脈沖閃光燈放電時輻射功率非常高，且峰值大，因此，要求光譜測量裝置的探測器和數據處理元件動態范圍大。此外，必須在探測器前級加入特定的輻射衰減裝置，采用寬光譜范圍的中性衰減技術，保證衰減后的光譜不失真。(3)光譜采集的時間分辨能力
脈沖閃光燈的輻射閃光持續期通常在微秒至秒級范圍，在整個脈沖閃光過程中不同時刻的輻射光譜會有差別，因此希望光譜探測器具有較小門寬以獲得時間分辨能力較好的輻射光譜。據報道，1986年，美國LLNL在研制NIF泵浦脈沖閃光氙燈時采用了一種光譜測量裝置，該裝置使用光譜響應范圍較寬(0. Π. 0 μ m)的硅光導管作為接收器，采用濾波片消除二級衍射光譜的影響，通過三次獨立閃光分段采集光譜后兩次接譜得到了分辨率Inm的脈沖閃光氙燈輻射光譜曲線。由于硅光導管無時間快門功能，該裝置依靠高速旋轉的馬達帶動配有狹縫的遮光轉輪形成機械快門，從而實現脈沖閃光氙燈輻射光譜的測量。由于上述方案中機械快門門寬較大，通常在數十微秒以上，因此時間分辨能力較差。此外，由于輻射光譜為三次脈沖閃光后兩次接譜獲得，不同脈沖放電發次之間的不一致性和接譜次數會增加光譜數據的誤差。

發明內容
本發明的目的在于提供一種脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置和測量方法，該裝置和方法通過一次脈沖閃光采集后一次接譜可獲得脈沖閃光燈輻射光譜，而且具有光譜測量的時間分辨率較高的特點。
本發明的技術解決方案如下
一種脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置，包括待測脈沖閃光燈的插座，其特點在于由衰減系統、第一光譜儀、第二光譜儀、第一濾波系統、第二濾波系統、第一 ICXD探測器、第二 ICXD探測器、計算機、脈沖閃光氙燈電源和同步控制系統構成，其位置關系如下在所述的脈沖閃光燈發出的光經衰減系統后形成的光束方向并列地設置第一光譜儀和第二光譜儀，在所述的第一光譜儀和第二光譜儀的入口分別設有第一濾波系統和第二濾波系統，在所述的第一光譜儀和第二光譜儀的出口分別配置第一 ICXD探測器和第二 ICXD探測器，該第一 ICXD探測器和第二 ICCD探測器的輸出端與計算機相連，該計算機的輸出端接同步控制系統的輸入端，該接脈沖閃光氙燈電源，該脈沖閃光氙燈電源一個輸出端接同步控制系統的輸入端，該同步控制系統的三個輸出端分別與脈沖閃光氙燈電源的同步控制端、第一 ICCD探測器的同步控制端、第二 ICCD探測器的同步控制端相連。所述的衰減系統是光闌、中性密度衰減片或中性標準散射板。所述的第一 ICCD探測器和第二 ICCD探測器是兩臺功能和型號相同的光譜分辨光譜儀，但所述的第一 ICCD探測器的光譜響應范圍為近紫外至可見光中段，第二 ICCD探測器的光譜響應范圍為可見光中段至近紅外波段，二者的光譜響應范圍可見光中段有重疊的波段交迭區域。利用所述的脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置進行脈沖閃光燈輻射光譜的測量方法，其特征在于該方法包括下列步驟
①在所述的待測脈沖閃光燈的插座上插入待測脈沖閃光燈，開啟計算機，該計算機控制所述的第一 ICCD探測器和第二 ICCD探測器處于等待采集狀態；由計算機發送觸發指令至同步觸發控制系統，該同步觸發控制系統發送指令至脈沖閃光燈電源使脈沖閃光燈閃光，同時該同步觸發控制系統發送指令同步觸發所述的第一 ICCD探測器和第二 ICCD探測器使其同步采集數據，該第一 ICCD探測器和第二 ICCD探測器分別采集得到初始光譜數據A和初始數據B，并送所述的計算機；
②將所述的脈沖閃光燈和對應的脈沖閃光燈電源置換為標準燈及其電源，重復步驟①測量得到標準燈的實時光譜數據送入所述的計算機，將所述的實時光譜數據與標準燈的原始光譜數據進行比對處理，得到比值函數S ( λ )，又稱為校正因子，對應的函數曲線為校正因子曲線；
③所述的計算機對所述的初始光譜數據A和初始光譜數據B利用所述的校正因子S(入)進行校正，獲得光譜數據Α’和光譜數據B’，計算機對光譜數據Α’和光譜數據B’在交迭的光譜波段內選擇某一波長坐標點，所選的波長坐標點對應光譜數據Α’和光譜數據B’處于相對平滑的區域，求取該波長坐標點對應的兩光譜強度數值的比值；
④利用所述的兩光譜強度數值的比值對光譜數據Α’和光譜數據B’進行歸一化處理，然后在所選的波長坐標點處將歸一化后的光譜數據Α’和光譜數據B’進行拼接，即得到所述的待測脈沖閃光燈的輻射光譜。本發明的優點
1、本發明可以通過一次閃光一次接譜即可采集獲得待測脈沖閃光燈的輻射光譜，減少不同發次放電閃光之間的不一致性及多次接譜產生的誤差。2、由于采用ICCD探測器具有較小的時間門寬，因此光譜測量的時間分辨率較高。


圖1是本發明脈沖閃光氙燈輻射光譜測量裝置框圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步的說明，但不應以此限制本發明的包含范圍。先請參閱圖1，圖1是本發明脈沖閃光氙燈輻射光譜測量裝置框圖，由圖可見，本發明脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置，包括待測脈沖閃光燈1的插座，其構成是在所述的脈沖閃光燈1發出的光經衰減系統2后形成的光束方向并列地設置第一光譜儀4和第二光譜儀7，在所述的第一光譜儀4和第二光譜儀7的入口分別設有第一濾波系統3和第二濾波系統6，在所述的第一光譜儀4和第二光譜儀7的出口分別配置第一 ICXD探測器5和第二ICXD探測器8，該第一 ICXD探測器5和第二 ICXD探測器8的輸出端與計算機11相連，該計算機11的輸出端接同步控制系統10的輸入端，該同步控制系統10的三個輸出端分別與脈沖閃光氙燈電源9的同步控制端、第一 ICCD探測器5的同步控制端和第二 ICCD探測器8的同步控制端相連，接脈沖閃光氙燈電源9的出端接所述的脈沖閃光氙燈1的兩端。本實施例中第一濾波系統3和第二濾波系統6采用高通截止濾光片，以消除測量過程中光譜二級衍射的影響。為了防止脈沖放電輻射光強過大引起的探測器飽和，需要對脈沖閃光輻射采取衰減措施，所述的衰減系統2是光闌。所述的第一 ICXD探測器5和第二 ICXD探測器8是兩臺功能和型號相同的光譜分辨光譜儀，但所述的第一 ICXD探測器5的光譜響應范圍為近紫外至可見光中段，第二 ICXD探測器8的光譜響應范圍為可見光中段至近紅外波段，二者的光譜響應范圍可見光中段有重疊的波段交迭區域。所述的第一 ICXD探測器5的光譜響應范圍為25(T500nm，第二 ICXD探測器8的光譜響應范圍為49(Tl000nm，所述的第一 ICXD探測器5和第二 ICXD探測器8的光譜響應區域在49(T500nm出現交迭。所述的第一 ICXD探測器5和第二 ICXD探測器8的門寬選為
1μ5 ,具有設置時間延遲功能。所述的第一光譜儀4配置MSnm高通截止濾光片，用于濾除短于250nm的脈沖閃光氙燈光譜所引入的二級衍射；第二光譜儀7配置450nm高通截止濾光片，用于濾除短于450nm波長所帶來的二級衍射。利用上述的脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置進行脈沖閃光燈輻射光譜的測量方法，其特征在于該方法包括下列步驟
①在所述的待測脈沖閃光燈(1)的插座上插入待測脈沖閃光燈(1)，開啟計算機(11)，該計算機(11)控制所述的第一 IC⑶探測器(5)和第二 ICXD探測器(8)處于等待采集狀態；由計算機(11)發送觸發指令至同步觸發控制系統(10)，該同步觸發控制系統(10)發送指令至脈沖閃光燈電源(9)使脈沖閃光燈(1)閃光，同時該同步觸發控制系統(10)發送指令同步觸發所述的第一 IC⑶探測器(5)和第二 ICXD探測器(8)使其同步采集數據，該第一IC⑶探測器(5)和第二 ICCD探測器(8)分別采集得到初始光譜數據A和初始數據B，并送所述的計算機(11);
②將所述的脈沖閃光燈(1)和對應的脈沖閃光燈電源(9)置換為標準燈及其電源，重復步驟①測量得到標準燈的實時光譜數據送入所述的計算機(11 )，將所述的實時光譜數據與標準燈的原始光譜數據進行比對處理，得到比值函數S ( λ )，又稱為校正因子，對應的函數曲線為校正因子曲線；
③所述的計算機(11)對所述的初始光譜數據A和初始光譜數據B利用所述的校正因子S ( λ )進行校正，獲得光譜數據Α’和光譜數據B’，計算機(11)對光譜數據Α’和光譜數據B’在交迭的光譜波段內選擇某一波長坐標點，所選的波長坐標點對應光譜數據Α’和光譜數據B’處于相對平滑的區域，求取該波長坐標點對應的兩光譜強度數值的比值；
④利用所述的兩光譜強度數值的比值對光譜數據Α’和光譜數據B’進行歸一化處理，然后在所選的波長坐標點處將歸一化后的光譜數據Α’和光譜數據B’進行拼接，即得到所述的待測脈沖閃光燈1的輻射光譜。用于強度校正的標準燈采用波長范圍22(Tll00nm的標準氘燈和鹵鎢燈組合來完成。用該裝置測量標準燈，將所得光譜數據與標準燈原始數據進行比對得到裝置的光譜校正因子S ( λ )，利用上述光譜校正因子S ( λ )對采集的兩段光譜數據A和光譜數據B做強度校正，對經過校正的兩段光譜數據通過歸一化方式(強度比值法)處理后進行一次拼接，即得到脈沖閃光氙燈的輻射光譜。通過該裝置測得的脈沖閃光氙燈輻射光譜范圍為25(Tl000nm，光譜分辨率lnm，分辨光譜時間分辨能力可達到ι μ s。該實施例已成功應用于脈沖閃光氙燈輻射光譜的測量工作。綜上所述，本發明的脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置和測量方法能夠有效地通過一次閃光一次接譜即可采集獲得待測脈沖閃光燈的輻射光譜，減少不同發次放電閃光之間的不一致性及多次接譜產生的誤差，而且具有光譜測量的時間分辨率較高的特點。
權利要求
1.一種脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置，包括待測脈沖閃光燈(1)的插座，其特征在于由衰減系統(2)、第一光譜儀(4)、第二光譜儀(7)、第一濾波系統(3)、第二濾波系統(6)、第一 ICXD探測器(5)、第二 ICXD探測器(8)、計算機(11)、脈沖閃光氙燈電源(9)和同步控制系統(10)構成，其位置關系如下在所述的脈沖閃光燈(1)發出的光經衰減系統(2)后形成的光束方向并列地設置第一光譜儀(4)和第二光譜儀(7)，在所述的第一光譜儀(4)和第二光譜儀(7)的入口分別設有第一濾波系統(3)和第二濾波系統(6)，在所述的第一光譜儀(4)和第二光譜儀(7)的出口分別配置第一 ICXD探測器(5)和第二 ICXD探測器(8)，該第一 ICXD探測器(5)和第二 ICXD探測器(8)的輸出端與計算機(11)相連，該計算機(11)的輸出端接同步控制系統(10)的輸入端，該接脈沖閃光氙燈電源(9)，該脈沖閃光氙燈電源(9) 一個輸出端接同步控制系統(10)的輸入端，該同步控制系統(10)的三個輸出端分別與脈沖閃光氙燈電源(9)的同步控制端、第一 ICCD探測器(5)的同步控制端、第二 ICCD探測器(8)的同步控制端相連。
2.根據權利要求所述的脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置，其特征在于所述的衰減系統(2)是光闌、中性密度衰減片或中性標準散射板。
3.根據權利要求所述的脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置，其特征在于所述的第一ICCD探測器(5)和第二 ICCD探測器(8)是兩臺功能和型號相同的光譜分辨光譜儀，但所述的第一 ICXD探測器(5)的光譜響應范圍為近紫外至可見光中段，第二 ICXD探測器(8)的光譜響應范圍為可見光中段至近紅外波段，二者的光譜響應范圍可見光中段有重疊的波段交迭區域。
4.利用權利要求1所述的脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置進行脈沖閃光燈輻射光譜的測量方法，其特征在于該方法包括下列步驟①在所述的待測脈沖閃光燈(1)的插座上插入待測脈沖閃光燈(1)，開啟計算機(11)，該計算機(11)控制所述的第一 ICCD探測器(5)和第二 ICCD探測器(8)處于等待采集狀態；由計算機(11)發送觸發指令至同步觸發控制系統(10)，該同步觸發控制系統(10)發送指令至脈沖閃光燈電源(9)使脈沖閃光燈(1)閃光，同時該同步觸發控制系統(10)發送指令同步觸發所述的第一 IC⑶探測器(5)和第二 ICXD探測器(8)使其同步采集數據，該第一IC⑶探測器(5)和第二 ICXD探測器(8)分別采集得到初始光譜數據A和初始數據B，并送所述的計算機(11);②將所述的脈沖閃光燈(1)和對應的脈沖閃光燈電源(9)置換為標準燈及其電源，重復步驟①測量得到標準燈的實時光譜數據送入所述的計算機(11 )，將所述的實時光譜數據與標準燈的原始光譜數據進行比對處理，得到比值函數S ( λ )，又稱為校正因子，對應的函數曲線為校正因子曲線；③所述的計算機(11)對所述的初始光譜數據A和初始光譜數據B利用所述的校正因子S ( λ )進行校正，獲得光譜數據Α’和光譜數據Β’，計算機(11)對光譜數據Α’和光譜數據B’在交迭的光譜波段內選擇某一波長坐標點，所選的波長坐標點對應光譜數據Α’和光譜數據B’處于相對平滑的區域，求取該波長坐標點對應的兩光譜強度數值的比值；④利用所述的兩光譜強度數值的比值對光譜數據Α’和光譜數據B’進行歸一化處理，然后在所選的波長坐標點處將歸一化后的光譜數據Α’和光譜數據B’進行拼接，即得到所述的待測脈沖閃光燈(1)的輻射光譜。
全文摘要
一種脈沖閃光燈輻射光譜測量裝置和測量方法，裝置由待測脈沖閃光燈的插座，光衰減系統、第一光譜儀、第二光譜儀、第一濾波系統、第二濾波系統、第一ICCD探測器、第二ICCD探測器、計算機、脈沖閃光氙燈電源和同步控制系統構成。本發明通過脈沖閃光燈一次閃光和計算機一次接譜即可獲得待測脈沖閃光燈的輻射光譜，減少不同發次放電閃光之間的不一致性及多次接譜產生的誤差，而且具有光譜測量的時間分辨率較高的特點。
文檔編號G01J3/28GK102564592SQ20121000436
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者劉建軍, 吳睿驊, 李海兵, 林文正, 梁海榮, 邵若燕 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所