專利名稱：?jiǎn)谓邮掌骷拿}沖光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用單接收器件的脈沖光譜儀，更具體地來(lái)說(shuō)是一種將脈沖光譜信 號(hào)在時(shí)域展開(kāi)，僅僅使用一只光電接收器件，就可測(cè)量多個(gè)脈沖光輸入源的光譜儀。
背景技術(shù)：
已有的脈沖光譜測(cè)量一般采用如下幾種方案1，采用多通道光電轉(zhuǎn)換器件的方案。在原有傳統(tǒng)方案中，多采用CCD線陣、多 通道光電倍增管、ICCD面陣、等作為采集原件，將脈沖光信號(hào)的光譜同步采集、轉(zhuǎn)換。 例如"可選波長(zhǎng)脈沖攝譜儀"200810014777.8公開(kāi)了一種利用多通道光電轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行 脈沖光譜測(cè)量的方案。2，使用多種波長(zhǎng)透過(guò)特性的濾光片的方案。此方案運(yùn)用濾光片，運(yùn)用多通道的分 束光路，將每一個(gè)輸出通道經(jīng)過(guò)一個(gè)濾光片過(guò)濾，再連接至光電轉(zhuǎn)換原件。此方案的最 大缺點(diǎn)是如果有N個(gè)通道，每一通道的能量均為原來(lái)的1/N，大部分信號(hào)能量被浪費(fèi)了， 通道越多，能量浪費(fèi)越多，也就是降低了信噪比。3，用上面兩種方案結(jié)合的方式。先有光譜儀將光信號(hào)按頻率分離，再用干涉濾光 片濾光，可以達(dá)到六個(gè)量級(jí)的光強(qiáng)抑制比。這種方案功耗高、體積大，不適用于需要低 功耗的場(chǎng)合。以上方案作為測(cè)量脈沖光源的光譜信號(hào)，均有一定的局限性，由于是多個(gè)通道同時(shí) 測(cè)量，需要較為龐大的附屬光機(jī)、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，作為測(cè)量轉(zhuǎn)換之用。在需要低功耗的 場(chǎng)合，例如利用太陽(yáng)能的海洋光學(xué)浮標(biāo)，利用電池的水下自容式測(cè)量系統(tǒng)，抑或軍用等 場(chǎng)合的脈沖光電測(cè)量系統(tǒng)，均需要一種低功耗、多通道的脈沖光譜儀。而本發(fā)明采用單 接收器件作為脈沖光譜儀的光電轉(zhuǎn)換器件，降低了功耗，且在儀器的光譜采集、轉(zhuǎn)換的 一致性方面均有很大優(yōu)勢(shì)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種使用單接收器件的脈沖光譜儀，己彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。 本發(fā)明的核心內(nèi)容是運(yùn)用多個(gè)脈沖光信號(hào)在多根光纖中的傳輸時(shí)間的不同，從而將光譜 信號(hào)在時(shí)域展開(kāi)成一系列脈沖，將多個(gè)通道的測(cè)量，僅用一只光電轉(zhuǎn)換器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，減 少了功耗，降低了光譜儀的復(fù)雜程度。一種單接收器件的脈沖光譜儀，用于測(cè)量同一時(shí)刻的多個(gè)脈沖光信號(hào)，包括光譜儀， 外部計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)，其特征在于發(fā)生于同一時(shí)刻的多個(gè)光脈沖信號(hào)通過(guò)第1路輸入光接收器、第2路輸入光接收器、第N路輸入光接收器，其中N代表大于等于1路的光 路，分別經(jīng)過(guò)不同長(zhǎng)度的多根光纖，連接到NX1的光纖耦合器，光纖耦合器的輸出端 使用光纖連接到一部光譜儀，光譜儀的多個(gè)波長(zhǎng)不同的輸出分別運(yùn)用多條不同長(zhǎng)度的光 纖，將不同波長(zhǎng)的輸出光信號(hào)耦合至光纖耦合器，其合并的光信號(hào)輸出通過(guò)光纖連接至 光電轉(zhuǎn)換器，并由外部計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)將光電轉(zhuǎn)換器所輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示。上述的光輸入端數(shù)量大于或等于一條，沒(méi)有數(shù)量限制；每條光輸入端由輸入光接收器和光纖組成。光譜儀的多個(gè)波長(zhǎng)不同的輸出，可以是一個(gè)或多于一個(gè)，每個(gè)輸出經(jīng)過(guò) 一條光纖，輸出的數(shù)量和光纖的條數(shù)沒(méi)有限制。每條光輸入端所連接的光纖長(zhǎng)度各不相 同。光譜儀的多個(gè)波長(zhǎng)不同的輸出，連接的光纖長(zhǎng)度各不相同。多個(gè)波長(zhǎng)不同的輸出， 連接多條光纖，其長(zhǎng)度的差異換算為光信號(hào)在光纖內(nèi)傳輸?shù)臅r(shí)間，此時(shí)間要求大于需測(cè) 量脈沖光的脈沖寬度。多個(gè)光輸入端所連接的光纖，各光纖之間的長(zhǎng)度的差異應(yīng)大于光 輸出光纖中最長(zhǎng)的一條的長(zhǎng)度，且應(yīng)多留一段余量；此長(zhǎng)度余量，換算為光信號(hào)在光纖 內(nèi)傳輸?shù)臅r(shí)間，此時(shí)間要求大于需測(cè)量脈沖光的脈沖寬度。如果光接收器的光敏感面積足夠大，則多個(gè)波長(zhǎng)不同的輸出對(duì)應(yīng)多條不同長(zhǎng)度的光 纖，可直接連接至光電轉(zhuǎn)換器的光接收敏感部分，省去不用光纖耦合器，以降低儀器的 復(fù)雜程度。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。 圖1，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2，多個(gè)脈沖光輸入的能量與時(shí)間的關(guān)系圖。圖3，經(jīng)過(guò)不同長(zhǎng)度光纖傳輸后多個(gè)脈沖光輸入的能量與時(shí)間的關(guān)系圖。圖4，進(jìn)入光譜儀的光譜信號(hào)的波長(zhǎng)與能量的關(guān)系圖。圖5，光譜儀輸出經(jīng)由不同長(zhǎng)度光纖傳輸后的能量與時(shí)間的關(guān)系圖。圖6,多個(gè)光譜信號(hào)經(jīng)過(guò)本發(fā)明后得到的光信號(hào)能量與時(shí)間的關(guān)系圖。其中，1，第l路輸入光接收器 2，第2路輸入光接收器 3，第N路輸入光接收器 4，光纖 5，光纖 6，光纖 7，光纖耦合器 8，光纖 9，光譜儀 10，光纖 11，光纖 12，光纖 13，光纖耦合器 14，光纖 15， 光電轉(zhuǎn)換器 16，外部計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)具體實(shí)施方式
此處的具體實(shí)施方式
是為了舉例解釋本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容，并不限定于此例的形式。如圖1， 一種單接收器件的脈沖光譜儀，用于測(cè)量同一時(shí)刻的多個(gè)脈沖光信號(hào)，包 括光譜儀(9)，外部計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)(16)，其特征在于同一時(shí)刻的三個(gè)光脈沖信號(hào)通 過(guò)第1路輸入光接收器(1)、第2路輸入光接收器(2)、第N路輸入光接收器(3)， 分別經(jīng)過(guò)不同長(zhǎng)度的光纖(4)、光纖(5)、光纖(6)，連接到NX1的光纖耦合器(7)， 光纖耦合器(7)的輸出端使用光纖(8)連接到一部光譜儀(9),光譜儀(9)的多個(gè) 波長(zhǎng)不同的輸出分別運(yùn)用多條不同長(zhǎng)度的光纖(10)、光纖(11)和光纖(12)，將不同 波長(zhǎng)的輸出光信號(hào)耦合至光纖耦合器(13)，其合并的光信號(hào)輸出通過(guò)光纖(14)連接 至光電轉(zhuǎn)換器(15)，并由外部計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)(16)將光電轉(zhuǎn)換器(15)所輸出的電 信號(hào)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示。圖2 圖6用一個(gè)實(shí)例講述了單接收器件的脈沖光譜儀工作的過(guò)程。如圖2所示， 有三個(gè)光譜信號(hào)Sa、 Sb、 Se，其在時(shí)間軸上是重疊的，能量各有不同。三個(gè)光譜信號(hào)， 分別經(jīng)過(guò)第1、第2、第N路輸入光接收器耦合進(jìn)入到不同長(zhǎng)度的光纖(4)、光纖(5)、 光纖(6)中，由于光纖長(zhǎng)度不同，光信號(hào)傳輸所經(jīng)過(guò)的時(shí)間也不同，由圖3所示，三個(gè)光譜分別從to延時(shí)至ta、 tb、 te。三個(gè)有時(shí)間差的光信號(hào)由光纖耦合器(7)耦合至一根光纖(8)，并傳輸至光譜儀(9)。光譜儀將光信號(hào)按頻率或波長(zhǎng)的不同而分光，光譜 在頻域上的特性由圖4所示，需要測(cè)量的三個(gè)不同頻率的光分別耦合至三根長(zhǎng)度不同的 光纖(10)、光纖(11)、光纖(12)中，由于光纖長(zhǎng)度不同，最終三根光纖的光信號(hào)經(jīng) 光纖耦合器(13)耦合到光纖(14)并到達(dá)光電轉(zhuǎn)換器件(15)時(shí)，有時(shí)間差，在圖5上表達(dá)的結(jié)果是從&()分別延時(shí)至td、 te、 tf時(shí)刻。為了能夠分辨最終的信號(hào)是來(lái)自哪個(gè) 脈沖光源，圖3所示的ta到te的時(shí)間要大于td、te兩個(gè)時(shí)刻的時(shí)間差，也就是說(shuō)，光纖(4)、光纖(5)、光纖(6)的兩兩之間長(zhǎng)度之差，應(yīng)大于光纖(10)、光纖(11)、光 纖(12)之中最長(zhǎng)的一根光纖的長(zhǎng)度，并應(yīng)再多留出一些余量，以便使信號(hào)清晰地分離開(kāi)來(lái)。圖2所示的三個(gè)脈沖光源的光譜信號(hào)Sa、 Sb、 Sc，經(jīng)過(guò)本發(fā)明的光學(xué)延時(shí)處理之后，在光電轉(zhuǎn)換器件(15)接收到的光的能量信號(hào)由圖6所示，分別按照輸入光接收器 的不同和光譜的不同，展開(kāi)成為從to時(shí)刻開(kāi)始的從W直到tcf的一系列能量信號(hào)隨時(shí)間 的變化。單一的光電轉(zhuǎn)換器件(15)可以測(cè)量同時(shí)到來(lái)的多個(gè)光信號(hào)的光譜信息，經(jīng)過(guò) 外部計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)(16)將光電轉(zhuǎn)換器(15)所輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示。上述實(shí)施例中的三個(gè)光脈沖信號(hào)、三個(gè)不同頻率的光均為舉例說(shuō)明，實(shí)際應(yīng)用中數(shù) 量可以是任意個(gè)，用三個(gè)只是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的工作過(guò)程。所使用的光纖是無(wú)源器件，能量在其中傳輸也不會(huì)損失太多；脈沖光譜信號(hào)由于信 號(hào)變化速度快，需要使用較快速的A/D轉(zhuǎn)換器，快速的轉(zhuǎn)換器正好轉(zhuǎn)換由本發(fā)明轉(zhuǎn)換 得來(lái)的一系列光譜信號(hào)；使用單一光電接收器件在A/D轉(zhuǎn)換、功耗方面比多個(gè)光電接 收器有很大的功耗上的優(yōu)勢(shì)，特別是在使用電池供電的系統(tǒng)中，更能體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)，有 利于其推廣使用。
權(quán)利要求
1. 一種單接收器件的脈沖光譜儀，用于測(cè)量同一時(shí)刻的多個(gè)脈沖光信號(hào)，包括光譜儀(9)，外部計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)(16)，其特征在于同一時(shí)刻的多個(gè)光脈沖信號(hào)通過(guò)第1路輸入光接收器(1)、第2路輸入光接收器(2)、第N路輸入光接收器(3)，分別經(jīng)過(guò)不同長(zhǎng)度的光纖(4)、光纖(5)、光纖(6)，連接到N×1的光纖耦合器(7)，光纖耦合器(7)的輸出端使用光纖(8)連接到一部光譜儀(9)，光譜儀(9)的多個(gè)波長(zhǎng)不同的輸出分別運(yùn)用多條不同長(zhǎng)度的光纖(10)、光纖(11)和光纖(12)，將不同波長(zhǎng)的輸出光信號(hào)耦合至光纖耦合器(13)，其合并的光信號(hào)輸出通過(guò)光纖(14)連接至光電轉(zhuǎn)換器(15)，并由外部計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)(16)將光電轉(zhuǎn)換器(15)所輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示。
2. 如權(quán)利要求l所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于光輸入端數(shù)量大于或 等于一條，沒(méi)有數(shù)量限制；每條光輸入端由輸入光接收器(1)和光纖(4)組成。
3. 如權(quán)利要求1所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于光譜儀(9)的多個(gè) 波長(zhǎng)不同的輸出，可以是一個(gè)或多于一個(gè)，每個(gè)輸出經(jīng)過(guò)一條光纖(10)，輸出 的數(shù)量和光纖的條數(shù)沒(méi)有限制。
4. 如權(quán)利要求1、 2所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于每條光輸入端所 連接的光纖長(zhǎng)度各不相同。
5. 如權(quán)利要求l、 3所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于光譜儀(9)的多 個(gè)波長(zhǎng)不同的輸出，連接的光纖長(zhǎng)度各不相同。
6. 如權(quán)利要求1所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于權(quán)利要求5所述的多 個(gè)波長(zhǎng)不同的輸出，連接多條光纖，其長(zhǎng)度的差異換算為光信號(hào)在光纖內(nèi)傳輸?shù)?時(shí)間，此時(shí)間要求大于需測(cè)量脈沖光的脈沖寬度。
7. 如權(quán)利要求1所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于權(quán)利要求4所述的多 個(gè)光輸入端所連接的光纖，各光纖之間的長(zhǎng)度的差異應(yīng)大于如權(quán)利要求6所述各 條光纖中最長(zhǎng)的一條的長(zhǎng)度，且應(yīng)多留一段長(zhǎng)度余量；此長(zhǎng)度余量，換算為光信 號(hào)在光纖內(nèi)傳輸?shù)臅r(shí)間，此時(shí)間要求大于需測(cè)量脈沖光的脈沖寬度。
8. 如權(quán)利要求1所述的單接收器件的脈沖光譜儀，其特征在于可將多個(gè)波長(zhǎng)不同的 輸出對(duì)應(yīng)多條不同長(zhǎng)度的光纖(10)直接連接至光電轉(zhuǎn)換器(15)的光接收敏感 部分，省去不用光纖耦合器(13)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單接收器件的脈沖光譜儀。本發(fā)明的核心內(nèi)容是運(yùn)用多個(gè)脈沖光信號(hào)在多根光纖中的傳輸時(shí)間的不同，從而將光譜信號(hào)在時(shí)域展開(kāi)成一系列脈沖，將多個(gè)通道的測(cè)量，僅用一只光電轉(zhuǎn)換器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，減少了功耗，降低了光譜儀的復(fù)雜程度。由于所使用的光纖是無(wú)源器件，能量在其中傳輸也不會(huì)損失太多；脈沖光譜信號(hào)由于信號(hào)變化速度快，需要使用較快速的A/D轉(zhuǎn)換器，快速的轉(zhuǎn)換器正好轉(zhuǎn)換由本發(fā)明轉(zhuǎn)換得來(lái)的一系列光譜信號(hào)；使用單一光電接收器件在A/D轉(zhuǎn)換、功耗方面比多個(gè)光電接收器有很大的功耗上的優(yōu)勢(shì)，特別是在使用電池供電的系統(tǒng)中，更能體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)，有利于其推廣使用。
文檔編號(hào)G01J3/00GK101532877SQ20091001454
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者劉金濤, 張亭祿, 張凱臨 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)