CN113834568A - 光谱测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种光谱测量装置和方法，属于光谱测量领域。该装置包括：超透镜色散***、显微***、探测器和计算机处理***；其中，所述超透镜色散***的光轴与入射光平行；所述显微***的光轴垂直于所述超透镜色散***的光轴；所述显微***的物方焦点位于所述超透镜色散***的光轴上；所述显微***、所述探测器与所述计算机处理***依次连接，且所述探测器位于所述显微***的像方焦平面上。该光谱测量装置利用L型布局的超透镜色散***和显微***，突破了大角度色散***对探测器尺寸的局限，提高了光谱仪的精度。
Description
技术领域
本申请涉及光谱分析技术领域，具体而言，涉及一种光谱测量装置和方法。
背景技术
光谱测量装置是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱测量装置可测量物体表面反射的光线。
相关技术的光谱测量装置包括基于光栅的光谱测量装置、基于窄带滤光片阵列的光谱测量装置和基于离轴超表面的光谱测量装置。
相关技术中基于光栅的光谱测量装置、基于窄带滤光片阵列的光谱测量装置不能离轴测量；而基于离轴超表面的光谱测量装置利用超表面将不同波长的光聚焦到像面不同的高度或利用多次反射腔式超表面进行多次反射分光，这种设计采用的轴外聚焦式超表面的相位变化大，超表面的设计、加工和装调难度大。因此，降低离轴探测的设计、加工及装调难度亟需解决。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本申请实施例提供了一种光谱测量装置，以解决相关技术中离轴探测的设计、加工及装调难度大的问题，本申请实施例提供的技术方案如下：
本申请实施例提供了一种光谱测量装置，包括超透镜色散***、显微***、探测器和计算机处理***；
其中，所述超透镜色散***的光轴与入射光平行；所述显微***的光轴垂直于超透镜色散***的光轴；所述显微***的物方焦点位于所述超透镜色散***的光轴上；所述显微***、所述探测器与所述计算机处理***依次连接，且所述探测器位于所述显微***的像方焦平面上；
所述超透镜色散***用于将不同波长的光聚焦在所述超透镜色散***的光轴上的不同位置，形成对应的焦点；
所述显微***用于将所述不同波长的光的焦点放大成像；
所述探测器用于测量所述不同波长的光的焦点的光强度；
所述计算机处理***用于处理所述探测器的测量所得的信息。
可选地，所述超透镜色散***包括至少一个透射型超透镜。
可选地，所述超透镜色散***的焦距为不同波长的光的焦点到所述超透镜散射***后表面的距离。
可选地，所述超透镜色散***的焦距与入射光的波长成一一对应的映射关系。
可选地，所述显微***的视场直径大于或等于所述超透镜色散***的焦深。
可选地，所述显微***的视场直径小于所述超透镜色散***的焦深。
可选地，所述超透镜色散***的工作波段包括可见光波段、近红外波段、中远红外波段和太赫兹波段。
可选地，所述显微***的工作波段包括可见光波段、近红外波段、中远红外波段和太赫兹波段。
可选地，所述超透镜色散***的超结构单元呈阵列排布。
可选地，所述超透镜色散***的超结构单元包括正六边形、正方形和/或扇形，每个所述超结构单元的中心位置和/或顶点位置分别设有纳米结构。
可选地，所述纳米结构之间采用空气填充或采用目标波段透明的材料填充。
可选地，所述纳米结构包括偏振相关的纳米结构和/或偏振无关的纳米结构。
可选地，所述纳米包括全介质纳米结构或等离子纳米结构
可选地，所述全介质纳米结构的材料包括氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓和氢化非晶硅。
可选地，所述探测器包括电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体。
本申请实施例还提供了一种光谱测量方法，应用于上述任一光谱测量装置，所述方法包括：
步骤S1，将待测光平行射入所述超透镜色散***中，使待测光中不同波段的光聚焦在所述超透镜色散***的光轴上不同的位置；
步骤S2，通过所述显微***将所述超透镜色散***的光轴上不同位置的焦点放大成像；
步骤S3，通过所述探测器获取所述焦点的光强分布；
步骤S4，通过所述计算机处理***处理得到所述待检测光的光谱信息。
本申请实施例提供的技术方案所获得的有益效果至少包括：
本申请实施例提供的光谱测量装置及方法，通过超透镜色散***将不同波长的入射光聚焦在超透镜色散***光轴上不同的位置；通过与超透镜色散***光轴垂直的显微***放大超透镜色散***光轴上不同位置焦点，以通过探测器实现该焦点的光强信息的获取，通过计算机处理***对探测器获取的光强信息进行处理得到入射光的光谱信息，实现了垂直于入射光轴的光谱离轴测量。该光谱测量装置利用L型布局的超透镜色散***和显微***，突破了大角度色散***对探测器尺寸的局限，提高了光谱仪的精度。本申请实施例提供的光谱测量装置结构简单，降低了光谱离轴测量装置的设计、加工和装调难度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1示出了本申请实施例所提供的一种光谱测量装置的一种可选的结构示意图；
图2示出了本申请实施例所提供的一种光谱测量装置的一种可选的测量方式示意图；
图3示出了本申请实施例所提供的又一种光谱测量装置的一种可选的测量方式示意图；
图4A示出了本申请实施例所提供的光谱测量装置中，一种超结构单元的示意图；
图4B示出了本申请实施例所提供的光谱测量装置中，再一种超结构单元的示意图；
图4C示出了本申请实施例所提供的光谱测量装置中，又一种超结构单元的示意图；
图5A示出了本申请实施例所提供的光谱测量装置中，纳米结构的一种偏振无关的结构示意图；
图5B示出了本申请实施例所提供的光谱测量装置中，纳米结构的再一种偏振无关的结构示意图；
图5C示出了本申请实施例所提供的光谱测量装置中，纳米结构的一种偏振相关的结构示意图；
图5D示出了本申请实施例所提供的光谱测量装置中，纳米结构的一种偏振无关的结构示意图；
图6示出了本申请实施例所提供的光谱测量装置的纳米结构的直径与透光率的关系；
图7示出了本申请实施例所提供的光谱测量装置的纳米结构的直径与相位的关系；
图8示出了本申请实施例所提供的光谱测量装置的超透镜的焦距与工作波长的关系。
图中附图标记分别表示：
1-超透镜色散***；2-显微***；3-探测器；4-计算机处理***；
101-基底；102-纳米结构；103-填充材料；110-超结构单元；
1021-纳米椭圆柱；1022-纳米鳍；1023-纳米圆柱；1024-纳米方柱；201-显微物镜。
具体实施方式
以下将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接：可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
传统光谱仪主要采用光栅和棱镜作为色散***。超透镜的超表面经过设计之后可以达到棱镜和光栅难以达到的大角度色散。大角度色散***能够提高光谱仪的精度，但当色散偏折角增大时，探测器的尺寸和光谱仪的尺寸也需要大幅增加。因此，传统光谱仪的尺寸及探测器尺寸无法适配大角度色散***。本申请实施例提供了一种光谱测量装置，将显微***与大角度色散***搭配使用，形成L型的布局，实现了在不增加探测器的尺寸的情况下利用大角度色散***增加光谱测量装置的精度。
本申请实施例提供了一种光谱测量装置，如图1所示，该光谱测量装置包括超透镜色散***1、显微***2、探测器3和计算机处理***4。
其中，超透镜色散***1的光轴与入射光平行；显微***2的光轴位于超透镜色散***1的焦点区域的中心位置，且显微***2的光轴垂直于超透镜色散***1的光轴；显微***2的物方焦点位于超透镜色散***1的光轴上；显微***2、探测器3与计算机处理***4依次连接。
超透镜色散***1用于将不同波长的光聚焦在超透镜色散***1的光轴上的不同位置，形成对应的焦点；显微***2用于将不同波长的光的焦点放大成像；探测器3用于测量不同波长的光的焦点的光强度；计算机处理***4用于处理探测器3的测量所得的信息。
超透镜是超表面的一种典型应用。超表面是一层亚波长的人工纳米结构膜，超表面包括基底101和位于基底表面的超结构单元110，超结构单元110的顶点和/或中心设置有纳米结构102。可根据超表面上的超结构单元来调制入射光。超透镜色散***1利用大色散的透射型超透镜调制入射光达到色散效果。超透镜调制入射光是通过超透镜上的超结构单元110实现的。
具体而言，如图1所示，本申请实施例提供的一种光谱测量装置的实施方式如下：
该光谱测量装置包括该光谱测量装置包括超透镜色散***1、显微***2、探测器3和计算机处理***4。
其中，超透镜色散***1的光轴与入射光平行；显微***2的光轴位于超透镜色散***1的焦点区域的中心位置，且显微***2的光轴垂直于超透镜色散***1的光轴；显微***2的物方焦点位于超透镜色散***1的光轴上；显微***2、探测器3与计算机处理***4依次连接，且探测器3位于显微***2的像方焦平面上。
如图1所示，以超透镜色散***1的光轴为z轴，超透镜色散***1位于x-y平面。待测光经过平行后以平行光的形式射入超透镜色散***1，超透镜色散***1的光轴与入射光平行。入射平行光中不同波长的光被超透镜色散***1聚焦到z轴的不同位置处。不同波长的光对应的焦点到超透镜色散***1后表面的距离称为焦距(FL，Focal Length)，所有焦距形成的范围称为超透镜色散***1的焦深。不同波长的入射光的焦距与波长成一一对应的映射关系。例如，不同波长的入射光的焦距与波长成正比；或者，不同波长的入射光的焦距与波长成反比或其他一一对应的映射关系。
超透镜色散***1的焦深满足：ΔFL＝Max(FL(λ))-Min(FL(λ))，其中，波长为λ的入射光被超透镜色散***1聚焦的焦距为FL(λ)，ΔFL为超透镜色散***1的焦深。
显微***2的光轴平行于x轴，显微***2将z轴上不同波长入射光所对应的焦点放大成像到显微***2的像方焦平面上。位于显微***2像方焦平面上的探测器3获取焦点的光强分布。计算机处理***4读取并处理探测器3获得的光谱数据。
示例性地，如图2所示，当显微***2的视场直径大于或等于超透镜色散***1的焦深时，显微***2的视场中心与超透镜色散***1的焦点形成的区域的中心重合，显微***2可以直接将整个的焦点区域成像在探测器3上。示例性地，如图3所示，当显微***2的视场直径小于超透镜色散***1的焦深时，显微***2需要从最小焦距扫描至最大焦距才能获得整个焦点区域的成像。
在一种可选的实施方式中，如图1所示，超透镜色散***1包括至少一个透射型超透镜。透射式超透镜对平行光施加一个汇聚球面波，则对于参考波长λc，焦距为fc的超透镜，其径向相位分布由公式(1)给出：
其中，r为超透镜的径向位置。确定好参考波长对应的径向相位后确定径向位置r处的纳米结构，由纳米结构对应不同波长的相位响应可推出不同此色散超透镜不同波长下的焦距f(λ)。
示例性地，本申请实施例提供了一种光谱测量装置，该光谱测量装置包括该光谱测量装置包括超透镜色散***1、显微***2、探测器3和计算机处理***4。
其中，超透镜色散***1包括至少一个透射型超透镜，至少一个透射型超透镜的光轴与入射光平行；显微***2的光轴位于至少一个透射型超透镜的焦点区域的中心位置，且显微***2的光轴垂直于至少一个透射型超透镜的光轴；显微***2的物方焦点位于至少一个透射型超透镜的光轴上；显微***2、探测器3与计算机处理***4依次连接。
至少一个透射型超透镜用于将不同波长的光聚焦在至少一个透射型超透镜光轴上的不同位置，形成对应的焦点，在同一光轴上实现色散；显微***2用于将不同波长的光的焦点放大成像；探测器3用于测量不同波长的光的焦点的光强分布；计算机处理***4用于处理所述探测器的测量所得的信息。
以至少一个透射型超透镜的光轴为z轴，至少一个透射型超透镜位于x-y平面。待测光经过平行后以平行光的形式射入至少一个透射型超透镜，至少一个透射型超透镜的光轴与入射光平行。入射光中不同波长的光被至少一个透射型超透镜聚焦到z轴的不同位置处。不同波长的光对应的焦点到至少一个透射型超透镜后表面的距离称为焦距(FL，FocalLength)，所有焦距形成的范围称为至少一个透射型超透镜的焦深。不同波长的入射光的焦距与波长成一一对应的映射关系。例如，不同波长的入射光的焦距与波长成正比；或者，不同波长的入射光的焦距与波长成反比或其他一一对应的映射关系。
至少一个透射型超透镜的焦深满足：ΔFL＝Max(FL(λ))-Min(FL(λ))，其中，波长为λ的入射光被至少一个透射型超透镜聚焦的焦距为FL(λ)，ΔFL为至少一个透射型超透镜的焦深。
示例性地，超透镜色散***1包括两个或两个以上超透镜，或超透镜色散***1包括两个或两个以上超表面。多个超表面级联可以使多个超表面的色散特性叠加，增强超透镜色散***的色散率，即让不同波长的光分得更开。
显微***2的光轴平行于x轴，显微***2将z轴上不同波长入射光所对应的焦点放大成像到显微***2的像方焦平面上。位于显微***2像方焦平面上的探测器3获取焦点的光强分布。计算机处理***4读取并处理探测器3获得的光谱数据。
在一种可选的实施方式中，如图4A至图4C所示，超透镜色散***1的超结构单元110呈阵列状排布，每个超结构单元110的中心位置和/或顶点位置分别设有纳米结构102。示例性的，超结构单元110包括正方形、正六边形或扇形中的一种或多种。
示例性地，本申请实施例提供了一种光谱测量装置，包括超透镜色散***1、显微***2、探测器3和计算机处理***4。
其中，超透镜色散***1的超表面结构110呈正六边形阵列排布，每个正六边形的中心位置和/或顶点位置分别设有纳米结构102。
超透镜色散***1的光轴与入射光平行；显微***2的光轴位于超透镜色散***1的焦点区域的中心位置，且显微***2的光轴垂直于超透镜色散***1的光轴；显微***2的物方焦点位于超透镜色散***1的光轴上；显微***2、探测器3与计算机处理***4依次连接。
超透镜色散***1用于将不同波长的光聚焦在超透镜色散***1的光轴上的不同位置，形成对应的焦点；显微***2用于将不同波长的光的焦点放大成像；探测器3用于测量不同波长的光的焦点的光强度；计算机处理***4用于处理探测器的测量所得的信息。
在一种可选的实施方式中，超透镜色散***1的超表面的纳米结构102包括全介质纳米结构或等离子体纳米结构，可以直接调控光的相位、幅度和偏振等特性。
超表面的工作波段包括可见光、近红外、中远红外和太赫兹波段中的一种或多种。超表面的纳米结构102之间可是空气填充或者其他目标波段透明的材料。需要注意的是，当目标波段为可见光时，填充材料103的折射率与纳米结构102的折射率差值的绝对值需大于或等于0.5。
示例性地，纳米结构102可为偏振相关的结构，如图5A和图5B所示，纳米结构可以是纳米椭圆柱1021和纳米鳍1022等结构，此类结构对入射光施加一个几何相位；纳米结构102也可以是偏正无关结构，如图5C和图5D所示，纳米结构102可以是纳米圆柱1023和纳米方柱1024等结构，此类结构对入射光施加一个传播相位。当测量前待测光的偏振态未知时，优选地，纳米结构102采用偏振无关的形状。
示例性地，本申请实施例提供的光谱测量装置包括超透镜色散***1、显微***2、探测器3和计算机处理***4。
其中，超透镜色散***1的超结构单元110呈正六边形阵列排布，每个正六边形的中心位置和/或顶点位置分别设有纳米结构102。其中，纳米结构102为偏振相关结构，材质为可见光透明材质。纳米结构102之间的填充材料103的折射率与纳米结构102的折射率的差值绝对值大于或等于0.5。
超透镜色散***1的光轴与入射光平行；显微***2的光轴位于超透镜色散***1的焦点区域的中心位置，且显微***2的光轴垂直于超透镜色散***1的光轴；显微***2的物方焦点位于超透镜色散***1的光轴上；显微***2、探测器3与计算机处理***4依次连接。
超透镜色散***1用于将不同波长的光聚焦在超透镜色散***1的光轴上的不同位置，形成对应的焦点；显微***2用于将不同波长的光的焦点放大成像；探测器3用于测量不同波长的光的焦点的光强度；计算机处理***4用于处理所述探测器的测量所得的信息。
在一种可选的实施方式中，探测器3包括电荷耦合器件(CCD，Charge CoupledDevice)、互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)、氧化钒探测器、非晶硅探测器、铟镓砷探测器(InGaAs，Indium Gallium ArsenideDetector)、硫化铅探测器(PbS，Lead Sulfide Detector)和硒化铅探测器(PbSe，LeadSelenide Detector)。例如，CCD和CMOS可以用于可见光波段的探测；化钒探测器、非晶硅探测器、铟镓砷探测器、硫化铅探测器和硒化铅探测器可用于红外波段的探测。
示例性地，本申请实施例提供的光谱测量装置的实施方式如下：
本申请实施例提供了一种光谱测量装置，该装置包括超透镜色散***1、显微***2、探测器3和计算机处理***4。
其中，超透镜色散***1包括一个中红外波段超透镜；显微***2的工作波段在中红外波段；探测器3的探测波段为中红外波段。
中红外波段超透镜的基底101和纳米结构102的材料均为晶体硅，中红外波段超透镜的超结构单元110为正六边形呈阵列状排布，每个正六边形的中心和顶点位置均设有圆柱形的纳米结构102。该纳米结构的高度为6μm，直径在900nm到2.3μm，相邻两个纳米结构102的中心距离为3μm。
示例性地，如图6所示，为上述纳米结构102的直径与透光率在波长3μm-5μm时的关系；如图7所示，为上述纳米结构102的直径与相位在波长3μm-5μm时的关系。当上述中红外超透镜的直径为2mm，在波长为4μm时的焦距为3.3mm。
可选地，当波长在3μm-5μm时，超透镜的焦距与工作波长的关系如图8所示。由图8可知，上述中红外超透镜的最小焦距和最大焦距分别为2.95mm和3.67mm。因此，焦深为0.72mm。
优选地，显微***2的物镜为反射式物镜，放大倍数为10x，数值孔径为0.2，工作距为16mm，焦距为19.9mm，视场为1mm。该显微物镜在工作波长4μm下的分辨率为10μm。根据入射光谱范围、超透镜焦深、显微***2的分辨率可以得到此光谱仪的分辨率144。光谱仪分辨率计算过程如下：
由于焦深720μm，且显微物镜的平均分辨率(中心波长4μm的分辨率)为10μm，则整个焦深被分成720/10＝72份。由于整个光谱范围为5μm-3μm＝2μm，则在4μm处可分辨的光谱宽度为2μm/72＝0.0278μm。根据光谱仪分辨率定义R＝λ/Δλ可得光谱仪分辨率R＝4/0.0278＝144。优选地，探测器3选用中红外非制冷型探测器，探测器3的像素大小为12μm。显微物镜焦面的最小可分辨物体经十倍放大后为100μm，大于探测器3的像素大小。因此，探测器3可以获得焦点的光谱信息，例如光强。
通过计算机处理***4对探测器3获得的光强信息进行降噪等处理可以得到入射光的光谱信息。
因此，本申请实施例提供的光谱测量装置，通过超透镜色散***将不同波长的入射光聚焦在超透镜色散***光轴上不同的位置，提高了入射光的透过率并降低了信噪比；通过与超透镜色散***光轴垂直的显微***放大超透镜色散***光轴上不同位置焦点，以通过探测器实现该焦点的光强信息的获取，通过计算机处理***对探测器获取的光强信息进行处理得到入射光的光谱信息，实现了光谱离轴测量。该光谱测量装置利用L型布局的超透镜色散***和显微***，突破了大角度色散***对探测器尺寸的局限，提高了光谱仪的精度。本申请实施例提供的光谱测量装置结构简单，降低了光谱离轴测量装置的设计、加工和装调难度。
本申请实施例还提供了一种光谱测量方法，应用于上述的光谱测量装置，该方法包括：
步骤S1，将待测光平行射入超透镜色散***1中，使待测光中不同波段的光聚焦在超透镜色散***1的光轴上不同的位置；
步骤S2，通过显微***2将超透镜色散***1的光轴上不同位置的焦点放大成像；
步骤S3，通过探测器3获取所述焦点的光强分布；
步骤S4，通过计算机处理***4处理得到待检测光的光谱信息。
具体而言，本申请实施例提供的光谱测量方法的一种可选的实施方式如下：
待检测光经过平行后以平行光的形式射入超透镜色散***1，超透镜色散***1的光轴与入射平行光的光路平行。入射平行光中不同波长的光被超透镜色散***1聚焦到超透镜色散***1的光轴上，在超透镜色散***1光轴上不同位置形成不同的焦点。不同波长的光对应的焦点到超透镜色散***1后表面的距离称为焦距，所有焦距形成的范围称为超透镜色散***1的焦深。不同波长的入射光的焦距与波长成一一对应的映射关系。
显微***2的光轴与超透镜色散***1的光轴垂直，使不同波长的入射光对应的焦点在显微***2的物方焦点上。显微***2将焦点放大成像到显微***的像方焦平面上。位于显微***2像方焦平面上的探测器3获取各个焦点的光强分布。计算机处理***4读取并处理探测器3获得的各个焦点的光强，得到待检测光的光谱。
示例性地，当待检测光为中红外光时，本申请实施例提供的光谱测量装置和方法的实施方式如下：
本申请实施例提供了一种光谱测量装置，该装置包括超透镜色散***1、显微***2、探测器3和计算机处理***4。
其中，超透镜色散***1包括一个中红外波段超透镜；中红外波段超透镜的直径为2mm，在入射波长为4μm时的焦距为3.3mm；中红外波段超透镜的最小焦距和最大焦距分别为2.95mm和3.67mm，焦深为0.72mm。显微***2的光轴与中红外波段超透镜的光轴垂直，显微***2的工作波段在中红外波段；探测器3为探测波段在中红外波段的CCD探测器；探测器3为非制冷型探测器，像素大小为12μm。
中红外波段超透镜的基底101和纳米结构102材料均为晶体硅，中红外波段超透镜的超结构单元110为正六边形呈阵列状排布，每个正六边形的中心和顶点位置均设有圆柱形的纳米结构102。该纳米结构102的高度为6μm，直径为900nm，相邻两个纳米结构102的中心距离为3μm。
显微***2的物镜为反射式物镜，放大倍数为10x，数值孔径为0.2，工作距为16mm，焦距为19.9mm，视场为1mm。该显微物镜在工作波长4μm下的分辨率为10μm。根据入射光谱范围、超透镜焦深、显微***分辨率可以得到此光谱仪的分辨率144(计算过程参考上文)。
将待检测的中红外光平行后以平行光形式射入中红外波段超透镜，使入射中红外光的光路与中红外波段超透镜的光轴平行。不同波长的入射中红外光在中红外波段超透镜的光轴上不同位置上形成对应的焦点。不同波长的入射中红外光的焦距与波长成一一对应的映射关系。
显微***2将中红外波段超透镜光轴上不同位置上的焦点放大，使不同的焦点在探测器3上成像。计算机处理***4读取探测器3获得的各个焦点的光强信息，得到待检测的中红外光的光谱信息。
综上所述，本申请实施例提供的光谱测量装置及方法，通过超透镜色散***将不同波长的入射光聚焦在超透镜色散***光轴上不同的位置，提高了入射光的透过率并降低了信噪比；通过与超透镜色散***光轴垂直的显微***放大超透镜色散***光轴上不同位置焦点，以通过探测器实现该焦点的光强信息的获取，通过计算机处理***对探测器获取的光强信息进行处理得到入射光的光谱信息，实现了光谱离轴测量。本申请实施例提供的光谱测量装置结构简单，降低了光谱离轴测量装置的设计、加工和装调难度。
以上所述，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请实施例披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (16)
1.一种光谱测量装置，其特征在于，包括超透镜色散***(1)、显微***(2)、探测器(3)和计算机处理***(4)；
其中，所述超透镜色散***(1)的光轴与入射光平行；所述显微***(2)的光轴垂直于所述超透镜色散***(1)的光轴；所述显微***(2)的物方焦点位于所述超透镜色散***(1)的光轴上；所述显微***(2)、所述探测器(3)与所述计算机处理***(4)依次连接，且所述探测器(3)位于所述显微***(2)的像方焦平面上；
所述超透镜色散***(1)用于将不同波长的光聚焦在所述超透镜色散***(1)的光轴上的不同位置，形成对应的焦点；
所述显微***(2)用于将所述不同波长的光的焦点放大成像；
所述探测器(3)用于测量所述不同波长的光的焦点的光强度；
所述计算机处理***(4)用于处理所述探测器(3)测量所得的信息。
2.如权利要求1所述的光谱测量装置，其特征在于，所述超透镜色散***(1)包括至少一个透射型超透镜。
3.如权利要求2所述的光谱测量装置，其特征在于，所述超透镜色散***(1)的焦距为不同波长的光的焦点到所述超透镜散射***(1)后表面的距离。
4.如权利要求3所述的光谱测量装置，其特征在于，所述超透镜色散***(1)的焦距与入射光的波长成一一对应的映射关系。
5.如权利要求4所述的光谱测量装置，其特征在于，所述显微***(2)的视场直径大于或等于所述超透镜色散***(1)的焦深。
6.如权利要求4所述的光谱测量装置，其特征在于，所述显微***(2)的视场直径小于所述超透镜色散***(1)的焦深。
7.如权利要求1-6任一所述的一种光谱测量装置，其特征在于，所述超透镜色散***(1)的工作波段包括可见光波段、近红外波段、中远红外波段和太赫兹波段。
8.如权利要求1-6任一所述的一种光谱测量装置，其特征在于，所述显微***(2)的工作波段包括可见光波段、近红外波段、中远红外波段和太赫兹波段。
9.如权利要求7所述的一种光谱测量装置，其特征在于，所述超透镜色散***(1)的超结构单元(110)呈阵列排布。
10.如权利要求7中所述的一种光谱测量装置，其特征在于，所述超结构单元(110)包括正六边形、正方形和/或扇形，每个所述超结构单元(110)的中心位置和/或顶点位置分别设有纳米结构(102)。
11.如权利要求10所述的一种光谱测量装置，其特征在于，所述纳米结构(102)之间采用空气填充或采用目标波段透明的材料填充。
12.如权利要求11所述的一种光谱测量装置，其特征在于，所述纳米结构(102)的形状包括偏振相关的形状和/或偏振无关的形状。
13.如权利要求10-12任一所述的一种光谱测量装置，其特征在于，所述纳米结构(102)包括全介质纳米结构或等离子纳米结构。
14.如权利要求13任一所述的一种光谱测量装置，其特征在于，所述全介质纳米结构的材料包括氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓和氢化非晶硅。
15.如权利要求1所述的一种光谱测量装置，其特征在于，所述探测器(3)包括电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体、氧化钒、非晶硅、InGaAs、PbS、PbSe探测器。
16.一种光谱测量方法，应用于如权利要求1-15任一所述的光谱测量装置，所述方法包括：
步骤S1，将待测光平行射入所述超透镜色散***(1)中，使待测光中不同波段的光聚焦在所述超透镜色散***(1)的光轴上不同的位置；
步骤S2，通过所述显微***(2)将所述超透镜色散***(1)的光轴上不同位置的焦点放大成像；
步骤S3，通过所述探测器(3)获取所述焦点的光强分布；
步骤S4，通过所述计算机处理***(4)处理得到所述待检测光的光谱信息。
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