專利名稱：基于時域的光譜探測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖測量技術(shù)。
背景技術(shù)：
光譜特性是反映光學(xué)儀器的重要參數(shù)之一，現(xiàn)有技術(shù)中光譜探測都是在頻域?qū)崿F(xiàn)的。現(xiàn)有的光譜探測系統(tǒng)中寬帶連續(xù)光打到分光色散元件上，分光色散元件在各個波長處移動，探測器根據(jù)連續(xù)光在各個波長處的能量不同，從而分辨出光譜特征?；陬l域?qū)崿F(xiàn)的系統(tǒng)無法對串行復(fù)用的法-珀干涉儀等被測光學(xué)器件進行光譜探測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠?qū)Υ袕?fù)用的被測光學(xué)器件進行光譜探測的，基于時域的光譜探測系統(tǒng)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，基于時域的光譜探測系統(tǒng)，包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、反射裝置、探測裝置、被測光學(xué)器件；寬帶光脈沖發(fā)生裝置與反射裝置相連，反射裝置與被測光學(xué)器件相連，被測光學(xué)器件與探測裝置相連；所述反射裝置包括η個在空間上不同位置的反射單元，各反射單元反射不同波長的光脈沖，η為2以上的整數(shù)；所述寬帶光脈沖發(fā)生裝置，用于生成的寬帶光脈沖，并將寬帶光脈沖送入反射裝置；所述反射裝置，用于將接收到寬帶光脈沖經(jīng)不同位置的反射單元的反射后，形成在時域上不同位置對應(yīng)了不同波長的光強的光脈沖串，并將該脈沖串送入被測光學(xué)器件; 反射裝置中各反射單元反射的光脈沖的波長在寬帶光脈沖的波長范圍中；所述探測裝置，用于檢測經(jīng)被測光學(xué)器件反射或透射的光脈沖串中每個脈沖的光強，從而得到被測光學(xué)器件的光譜。本發(fā)明系統(tǒng)中寬帶光脈沖經(jīng)反射裝置后形成時域上的離散的光脈沖串入射到被測光學(xué)器件中，從而在時域上實現(xiàn)對被測光學(xué)器件的光譜信息的分辨。由于本發(fā)明系統(tǒng)可以測得不同空間位置，同一譜帶的光譜特征，從而能對串行復(fù)用的被測光學(xué)器件進行光譜探測。具體的，反射裝置為串行反射裝置或并行反射裝置。串行反射裝置由各反射單元串聯(lián)形成。并行反射裝置由各反射單元并聯(lián)形成，且各并聯(lián)反射單元入射到被測光學(xué)器件的距離不同。進一步，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的多級擴展，系統(tǒng)還包括分束器，以及2組以上的反射裝置、被測光學(xué)器件以及探測裝置；所述分束器的輸入端與寬帶光脈沖發(fā)生裝置相連，分束器的各輸出端連接對應(yīng)的反射裝置。經(jīng)多級擴展的系統(tǒng)的測量速度可大大提升，由毫秒量級提高到微秒量級。本發(fā)明的有益效果是，提供一種新的基于時域的光譜探測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對串行復(fù)用的被測光學(xué)器件的光譜檢測。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；圖2為被測光學(xué)器件的示意圖；圖3為實施例1的示意圖；圖4為實施例2的示意圖；圖5為實施3的系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式如圖1所示，基于時域的光譜探測系統(tǒng)包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、反射裝置、探測裝置、被測光學(xué)器件；寬帶光脈沖發(fā)生裝置與反射裝置相連，反射裝置與被測光學(xué)器件相連，被測光學(xué)器件與探測裝置相連。寬帶光脈沖發(fā)生裝置中，由普通寬帶光源經(jīng)過外調(diào)制，或多波長激光光源經(jīng)過內(nèi)調(diào)制或外調(diào)制成光脈沖后生成寬帶光脈沖，并送入反射裝置；反射裝置是由反射波長不同的反射單元在空間上的不同位置組合而成，反射單元的組合可以是串行也可以是并行的； 反射裝置將接收到寬帶光脈沖經(jīng)不同位置的反射單元的反射后，形成在時域上不同位置對應(yīng)了不同波長的光強的光脈沖串，并將該脈沖串送入被測光學(xué)器件；反射裝置中各反射單元反射的光脈沖的波長在寬帶光脈沖的波長范圍中；經(jīng)被測光學(xué)器件反射或透射的光脈沖串送入探測裝置；探測裝置檢測經(jīng)被測光學(xué)器件反射或透射的光脈沖串中每個脈沖的光強，從而得到被測光學(xué)器件的光譜。探測裝置包括探測器、PC機，探測器用于被測光學(xué)器件的光譜探測，并將光譜探測得到的數(shù)據(jù)輸入至PC機，PC機用于處理并顯示光譜探測結(jié)果。被測光學(xué)器件為法-珀干涉儀、邁克爾遜干涉儀、環(huán)形腔干涉儀、馬赫曾德干涉儀、長周期光纖光柵(LPre)、或布拉格光纖光柵(FBG)。法-珀干涉儀、布拉格光纖光柵、邁克爾遜干涉儀、環(huán)形腔干涉儀為反射光脈沖。如圖2(a)、(b)、(c)、(d)所示，分別為串行復(fù)用的法-珀干涉儀、布拉格光纖光柵，邁克爾遜干涉儀和環(huán)形腔干涉儀；長周期光纖光柵、 馬赫曾德干涉儀為透射光脈沖，分別如圖2(e)、(f)所示。當(dāng)被測光學(xué)器件是反射光脈沖時，被測光學(xué)器件的光脈沖的輸入端與輸出端相同，如圖1(a)所示；當(dāng)被測光學(xué)器件是透射光脈沖時，被測光學(xué)器件的光脈沖的輸入端與輸出端分別在被測光學(xué)器件的兩端，如圖 1(b)所示。實施例1如圖3所示，系統(tǒng)包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、環(huán)形器、反射裝置、被測光學(xué)器件、探測裝置。本實施例的環(huán)形器為四端口環(huán)形器。寬帶光脈沖發(fā)生裝置為整個探測系統(tǒng)提供光能輸入，寬帶光脈沖發(fā)生裝置生成的寬帶光脈沖接入環(huán)形器的1端口，環(huán)形器的2端口與反射裝置相連。本實例使用高反射率的 FBG作為反射單元，反射裝置由η個反射單元(隊、1 2、1 3、…、Rn)串聯(lián)而成。η的取值由實際需要的光譜檢測的波長分辨率決定。η越大，波長間隔越小，所檢測到的光譜特征中波長的分辨率越高，F(xiàn)BG只能透過某一特定波長的光波，反射單元中各FBG反射不同波長的光脈沖，從而形成一系列中心波長不同的窄帶光學(xué)濾波器。被測光學(xué)器件的反射波長范圍(入”λη)要小于寬帶脈沖光源的波長范圍。比如，反射裝置由8個中心波長間隔4nm的FBG串聯(lián)而成，被測光學(xué)器件的反射波長范圍為32nm，寬帶光脈沖發(fā)生裝置生成的寬帶光脈沖的波長范圍應(yīng)大于32nm。串聯(lián)的各反射單元與被測光學(xué)器件的距離必然不同，僅需保證兩相鄰反射單元之間的距離(單位nm)大于AT/(10ns)即可，其中ΔΤ為寬帶脈沖寬度。環(huán)形器1的3端口連接被測光學(xué)器件，經(jīng)反射裝置反射形成的在時域上不同位置對應(yīng)了不同波長的光強的光脈沖串反射回2端口，并從3端口入射至被測光學(xué)器件。被測光學(xué)器件為串行復(fù)用的法-珀干涉儀，各法-珀干涉儀反射回的光脈沖先回到3端口，再從4端口入射至探測裝置，探測器通過探測被測光學(xué)器件反射的光脈沖串中每個脈沖的光強，得到串行復(fù)用的法-珀干涉儀的光譜數(shù)據(jù)，再輸入至PC機，從PC機顯示探測到的光譜。實施例2如圖4所示，系統(tǒng)包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、環(huán)形器、被測光學(xué)器件、反射裝置、探測裝置。寬帶光脈沖發(fā)生裝置為整個探測系統(tǒng)提供光能輸入，寬帶光脈沖發(fā)生裝置生成的寬帶光脈沖接入環(huán)形器的1端口，環(huán)形器的2端口與反射裝置相連。本實例的反射裝置由波分復(fù)用器(WDM)外接η個與波分復(fù)用器距離不同的反射鏡構(gòu)成，波分復(fù)用器將寬帶光脈沖分離為η種波長的光脈沖，再經(jīng)反射鏡反射回波分復(fù)用器，由波分復(fù)用器輸出在時域上不同位置對應(yīng)了不同波長的光強的光脈沖串。各反射鏡與波分復(fù)用器距離滿足Ln> . . . L3 > L2 > L1，且(Li-LiJ > Δ T/(10ns), i = 2,…，η，Δ T為寬帶脈沖寬度。環(huán)形器的3端口連接被測光學(xué)器件，經(jīng)反射裝置反射形成的在時域上不同位置對應(yīng)了不同波長的光強的光脈沖串反射回2端口，并從3端口入射至被測光學(xué)器件。被測光學(xué)器件為長周期光纖光柵，經(jīng)長周期光纖光柵透射的光脈沖入射至探測裝置。實施例3如圖5所示，系統(tǒng)包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、分束器、N組環(huán)形器、被測光學(xué)器件、 反射裝置以及探測裝置，N為大于等于2的正整數(shù)。在實現(xiàn)時，可以使用四端口、甚至更多端口數(shù)的環(huán)形器、三端口環(huán)形器、或者光纖耦合器來完成寬帶光脈沖發(fā)生裝置、被測光學(xué)器件、反射裝置以及探測裝置之間的光傳輸。目前常用的環(huán)形器為三端口環(huán)形器，當(dāng)被測光學(xué)器件為反射器件時，則需要2個三端口環(huán)形器來完成一組被測光學(xué)器件的探測。比如，在對被測光學(xué)器件1進行探測時，使用環(huán)形器1、環(huán)形器2來傳輸光信號。分束器的輸出端與環(huán)形器1的1端口相連，環(huán)形器1的2端口與反射裝置相連，環(huán)形器1的3端口與環(huán)形器2的 1端口相連，環(huán)形器2的2端口與被測光學(xué)器件相連，環(huán)形器2的3端口與探測裝置相連。 本實施例系統(tǒng)能夠同時對多組被測光學(xué)器件進行光譜探測。分束器的輸入端與寬帶光脈沖發(fā)生裝置相連，分束器的各輸出端通過環(huán)形器連接對應(yīng)的反射裝置。被測光學(xué)器件連接至環(huán)形器的與反射裝置相連的下一個端口。當(dāng)被測光學(xué)器件為反射器件時，探測裝置連接至環(huán)形器的與被測光學(xué)器件相連的下一個端口。當(dāng)被測光學(xué)器件為透射器件時，探測裝置連接至被測光學(xué)器件的另一端。系統(tǒng)的測量速度可大大提升，由毫秒量級提高到微秒量級。
權(quán)利要求
1.基于時域的光譜探測系統(tǒng)，其特征在于，包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、反射裝置、探測裝置、被測光學(xué)器件；寬帶光脈沖發(fā)生裝置與反射裝置相連，反射裝置與被測光學(xué)器件相連，被測光學(xué)器件與探測裝置相連；所述反射裝置包括η個在空間上不同位置的反射單元， 各反射單元反射不同波長的光脈沖，η為2以上的整數(shù)；所述寬帶光脈沖發(fā)生裝置，用于生成寬帶光脈沖，并將寬帶光脈沖送入反射裝置；所述反射裝置，用于將接收到的寬帶光脈沖經(jīng)不同位置的反射單元反射，形成在時域上不同位置對應(yīng)不同波長的光強的光脈沖串，并將該脈沖串送入被測光學(xué)器件；反射裝置中各反射單元反射的光脈沖的波長在寬帶光脈沖的波長范圍中；所述探測裝置，用于檢測經(jīng)被測光學(xué)器件反射或透射的光脈沖串中各脈沖的光強，從而得到被測光學(xué)器件的光譜。
2.如權(quán)利要求1所述基于時域的光譜探測系統(tǒng)，其特征在于，所述反射裝置為串行反射裝置或并行反射裝置；所述串行反射裝置由各反射單元串聯(lián)形成；所述并行反射裝置由各反射單元并聯(lián)形成，且各并聯(lián)反射單元入射到被測光學(xué)器件的距離不同。
3.如權(quán)利要求2所述基于時域的光譜探測系統(tǒng)，其特征在于，所述反射裝置由η個的布拉格光纖光柵串連而成；兩相鄰布拉格光纖光柵之間的距離大于ΔΤ/aOns)，其中AT為寬帶脈沖寬度。
4.如權(quán)利要求2所述基于時域的光譜探測系統(tǒng)，其特征在于，所述反射裝置由波分復(fù)用器外接η個與波分復(fù)用器距離不同的反射鏡組成，兩相鄰相反射鏡到波分復(fù)用器的距離大于Δ T/(10ns)，其中Δ T為寬帶脈沖寬度。
5.如權(quán)利要求1所述基于時域的光譜探測系統(tǒng)，其特征在于，被測光學(xué)器件為反射光學(xué)器件或透射光學(xué)器件；當(dāng)被測光學(xué)器件是反射光學(xué)器件時，被測光學(xué)器件的光脈沖的輸入端與輸出端相同；當(dāng)被測光學(xué)器件是透射光學(xué)器件時，被測光學(xué)器件的光脈沖的輸入端與輸出端分別在被測光學(xué)器件的兩端。
6.如權(quán)利要求5所述基于時域的光譜探測系統(tǒng)，其特征在于，所述反射光學(xué)器件為法-珀干涉儀、布拉格光纖光柵、邁克爾遜干涉儀、或環(huán)形腔干涉儀；所述透射光學(xué)器件為長周期光纖光柵、馬赫曾德干涉儀。
7.如權(quán)利要求1所述基于時域的光譜探測系統(tǒng)，其特征在于，還包括分束器，以及2組以上的反射裝置、被測光學(xué)器件以及探測裝置；所述分束器的輸入端與寬帶光脈沖發(fā)生裝置相連，分束器的各輸出端連接對應(yīng)的反射裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠?qū)Υ袕?fù)用的被測光學(xué)器件進行光譜探測的，基于時域的光譜探測系統(tǒng)中反射裝置包括n個在空間上不同位置的反射單元，各反射單元反射不同波長的光脈沖，n為2以上的整數(shù)；寬帶光脈沖發(fā)生裝置生成的寬帶光脈沖送入反射裝置；反射裝置將接收到寬帶光脈沖經(jīng)不同位置的反射單元的反射后，形成在時域上不同位置對應(yīng)了不同波長的光強的光脈沖串；探測裝置檢測經(jīng)被測光學(xué)器件反射或透射的光脈沖串中每個脈沖的光強，從而得到被測光學(xué)器件的光譜。本發(fā)明系統(tǒng)中寬帶光脈沖經(jīng)反射裝置后形成時域上的離散的光脈沖串入射到被測光學(xué)器件中，從而在時域上實現(xiàn)對被測光學(xué)器件的光譜信息的分辨。
文檔編號G01M11/02GK102445326SQ20111027967
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者倪敏, 冉曾令 申請人:電子科技大學(xué)