專利名稱：具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光譜測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜測量領(lǐng)域，該方法采用光譜儀和可調(diào)諧激光器相結(jié)合的方法，通 過對可調(diào)諧激光器和光譜儀各參數(shù)的綜合設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)具有大動態(tài)范圍和高分辨率等優(yōu) 點(diǎn)的光譜測量。
背景技術(shù)：
在光纖通信和光纖傳感等領(lǐng)域，光學(xué)濾波器、光纖光柵等光器件廣泛被使用，不同 的需求對應(yīng)著不同類型的濾波器或光柵，如分布反饋光纖激光器需要相移光柵，波分復(fù)用 系統(tǒng)需要具有特定波長和特定帶寬的光濾波器等。在這些光器件中，存在一些與波長相關(guān) 的參數(shù)，需要進(jìn)行光譜測量，比如與波長相關(guān)的相移量，與波長相關(guān)的損耗等等。其中動態(tài) 范圍和分辨率是光譜測量技術(shù)的兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，動態(tài)范圍是用于表示在給定的波長偏離 下，所能測到的最大光功率差值，動態(tài)范圍越大，越有利于精確地測量器件光譜的陡峭邊 沿，分辨率是指所能分辨的最小波長間隔，分辨率越高，越有利于測量到器件的光譜細(xì)節(jié)。在光器件的光譜測量領(lǐng)域，一般有以下三種方法一、通常采用的方法是寬帶光源和光譜儀相結(jié)合的方法，也就是從寬帶光源發(fā)射 出的光照射在光器件上，透射光或者反射光被光譜儀接收，從而實(shí)現(xiàn)光譜測量，該方法簡 單方便，但分辨率和動態(tài)范圍受限于光譜儀，動態(tài)范圍約為60dB，分辨率約為0. Olnm 0. 06nmo二、另外一種較為常見的方法是采用可調(diào)諧激光器來替代寬帶光源，可調(diào)諧激光 器和光譜儀通過同步設(shè)置來實(shí)現(xiàn)光譜測量，該方法提高了光譜測量的動態(tài)范圍，使其達(dá)到 了 70dB 80dB，但是由于可調(diào)諧激光器和光譜儀采用的是同步設(shè)置，所以分辨率仍受限于 光譜儀,約為0. Olnm 0. 06nm。三、此外還可以采用可調(diào)諧激光器和光功率計(jì)相結(jié)合的方法，雖然可以獲得高的 分辨率，但由于光功率計(jì)是一寬帶接收器，所以動態(tài)范圍較小，一般在30dB 60dB之間。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種同時具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光 譜測量方法，用以獲得光器件更為細(xì)節(jié)的光譜信息。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光譜測量方法，該方法包括將可調(diào)諧激光器，被測光器件和光譜儀依次連接；設(shè)置可調(diào)諧激光器的波長掃描范圍，步長以及每個波長的保持時間，設(shè)置光譜儀 的波長范圍，分辨率和掃描時間；對被測光器件進(jìn)行第一次掃描，獲得被測光器件的整體光譜3
選擇所需測量光譜的細(xì)節(jié)處，以細(xì)節(jié)處的起始和終止波長來設(shè)置可調(diào)諧激光器的 波長掃描范圍，降低可調(diào)諧激光器的步長至所需要的分辨率，選取細(xì)節(jié)處的中間波長作為 光譜儀的中心波長，并適當(dāng)設(shè)置光譜儀的分辨率；對被測光器件進(jìn)行第二次掃描，從光譜儀中記錄可調(diào)諧激光器每個波長對應(yīng)的光 功率值；建立直角坐標(biāo)系，以可調(diào)諧激光器掃描過的波長為橫軸，以光功率為縱軸，逐點(diǎn)繪 出每個波長對應(yīng)的光功率，即可得到細(xì)節(jié)處的光譜信息。上述方案中，該可調(diào)諧激光器的步長和每個波長的保持時間可調(diào)。上述方案中，該可調(diào)諧激光器的線寬應(yīng)小于步長。上述方案中，該光譜儀的掃描時間需要小于等于可調(diào)諧激光器每個波長的保持時 間；上述方案中，該所需測量的細(xì)節(jié)處的波長范圍需要小于等于光譜儀的分辨率；上述方案中，該被測光器件可以是無源光器件或者有源光器件。(三)有益效果本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，克服了在光譜測量領(lǐng)域大動態(tài)范圍和高分辨率無法同時兼顧 的限制，可以實(shí)現(xiàn)70dB SOdB的動態(tài)范圍，分辨率小于等于0. OOlnm的測量精度，測量到 被測光器件細(xì)節(jié)處的微小特征。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)例和附圖對本發(fā)明作一詳細(xì)的 描述，其中圖1是本發(fā)明提供的具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光譜測量方法的流程圖；圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例，測得的相移光柵的透射光譜圖以及細(xì)節(jié)處的透射光譜 圖；圖3是采用寬帶光源和光譜儀相結(jié)合的方法，測得的相移光柵的透射光譜圖；
具體實(shí)施例方式請參照圖1，圖1是本發(fā)明提供的具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光譜測量方法的 流程圖，該方法包括以下步驟步驟101 將可調(diào)諧激光器，被測光器件和光譜儀依次連接，采用可調(diào)諧激光器的 目的是為了得到具有高波長分辨率且高能量密度的探測光，它為獲得具有有大動態(tài)范圍和 高分辨率光譜測量提供了必要條件；步驟102 設(shè)置可調(diào)諧激光器的波長掃描范圍，步長以及每個波長的保持時間，設(shè) 置光譜儀的波長范圍，分辨率和掃描時間，合理地設(shè)置可調(diào)諧激光器和光譜儀的參數(shù)，可以 在保證測量精度的情況下，有效降低測量所需的時間；步驟103 對被測光器件進(jìn)行第一次掃描，獲得被測光器件的整體光譜圖，為進(jìn)一 步選取光譜的細(xì)節(jié)處提供依據(jù)；步驟104 選擇所需測量光譜的細(xì)節(jié)處，以細(xì)節(jié)處的起始和終止波長來設(shè)置可調(diào) 諧激光器的波長掃描范圍，降低可調(diào)諧激光器的步長至所需要的分辨率，選取細(xì)節(jié)處的中間波長作為光譜儀的中心波長，并適當(dāng)設(shè)置光譜儀的分辨率，合理地設(shè)置可調(diào)諧激光器和 光譜儀的參數(shù)，可以在保證測量精度的情況下，有效降低測量所需的時間；步驟105 對被測光器件進(jìn)行第二次掃描，從光譜儀中記錄可調(diào)諧激光器每個波 長對應(yīng)的光功率值；步驟106 建立直角坐標(biāo)系，以可調(diào)諧激光器掃描過的波長為橫軸，以光功率為縱 軸，逐點(diǎn)繪出每個波長對應(yīng)的光功率，即可得到細(xì)節(jié)處的光譜信息，通過細(xì)節(jié)處的光譜和步 驟103得到的光譜的組合，可以得到被測器件的完整詳細(xì)的光譜特性。請參照圖2，圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例，測得的相移光柵的透射光譜圖以及細(xì)節(jié)處 的透射光譜圖，實(shí)施例具體包括以下步驟步驟一可調(diào)諧激光器(agilent 81480A)，相移光柵和光譜儀(and0AQ6317B)依 次連接。步驟二 設(shè)置可調(diào)諧激光器的波長掃描范圍為1529. Inm 1529. 2nm，步長為 0. Olnm，每個波長的保持時間為1. 5s ；設(shè)置光譜儀的波長范圍為1529. Inm 1529. 2nm，分 辨率為0. Olnm和掃描時間為ls，以上設(shè)置對應(yīng)的系統(tǒng)分辨率為0. Olnm ；步驟三對被測光器件進(jìn)行第一次掃描，獲得被測光器件的整體光譜圖，圖2中的 軌跡A;步驟四選擇所需測量光譜的細(xì)節(jié)處，即圖2中兩條豎線之間的區(qū)域，以細(xì)節(jié)處的 起始波長1529. 64nm和終止波長1529. 68nm來設(shè)置可調(diào)諧激光器的波長掃描范圍，降低可 調(diào)諧激光器的步長至所需要的分辨率，我們選擇的分辨率為0. 0005nm ；選取細(xì)節(jié)處的中間 波長即1529. 66nm作為光譜儀的中心波長，并設(shè)置光譜儀的分辨率為0. 05nm,這時光譜儀 的作用相當(dāng)于一個帶有濾波器的光功率計(jì)，系統(tǒng)的分辨率只取決于可調(diào)諧激光器的步長， 即為 0. 0005nm ；步驟五對被測光器件進(jìn)行第二次掃描，從光譜儀中記錄可調(diào)諧激光器每個波長 對應(yīng)的光功率值；步驟六建立直角坐標(biāo)系，以可調(diào)諧激光器掃描過的波長為橫軸，以光功率為縱 軸，逐點(diǎn)繪出每個波長對應(yīng)的光功率，即可得到細(xì)節(jié)處的光譜信息，圖2中的軌跡B。由于系 統(tǒng)的分辨率提高了 20倍，我們獲得了隱藏在軌跡A中的光譜細(xì)節(jié)。為了說明本發(fā)明提供的光譜測量方法的優(yōu)點(diǎn)，圖3給出了采用寬帶光源和光譜儀 相結(jié)合的方法，測得的相移光柵的透射光譜圖。通過與圖2的對比，就會發(fā)現(xiàn)本發(fā)明提供的 光譜測量方法在分辨率上具有顯著的優(yōu)越性，并且由于動態(tài)范圍的提高使得光譜的陡峭邊 沿也得以顯現(xiàn)。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光譜測量方法，該方法包括將可調(diào)諧激光器，被測光器件和光譜儀依次連接；設(shè)置可調(diào)諧激光器的波長掃描范圍，步長以及每個波長的保持時間，設(shè)置光譜儀的波長范圍，分辨率和掃描時間；對被測光器件進(jìn)行第一次掃描，獲得被測光器件的整體光譜圖；選擇所需測量光譜的細(xì)節(jié)處，以細(xì)節(jié)處的起始和終止波長來設(shè)置可調(diào)諧激光器的波長掃描范圍，降低可調(diào)諧激光器的步長至所需要的分辨率，選取細(xì)節(jié)處的中間波長作為光譜儀的中心波長，并適當(dāng)設(shè)置光譜儀的分辨率；對被測光器件進(jìn)行第二次掃描，從光譜儀中記錄可調(diào)諧激光器每個波長對應(yīng)的光功率值；建立直角坐標(biāo)系，以可調(diào)諧激光器掃描過的波長為橫軸，以光功率為縱軸，逐點(diǎn)繪出每個波長對應(yīng)的光功率，即可得到細(xì)節(jié)處的光譜信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光譜測量方法，其中該可調(diào)諧 激光器的步長和每個波長的保持時間可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光譜測量方法，其中該可調(diào)諧 激光器的線寬小于步長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光譜測量方法，其中該光譜儀 的掃描時間小于等于可調(diào)諧激光器每個波長的保持時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光譜測量方法，其中該所需測 量的細(xì)節(jié)處的波長范圍小于等于光譜儀的分辨率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光譜測量方法，其中該被測光 器件是無源光器件或者有源光器件。
全文摘要
一種具有大動態(tài)范圍和高分辨率的光譜測量方法，包括將可調(diào)諧激光器，被測光器件和光譜儀依次連接；設(shè)置可調(diào)諧激光器的波長掃描范圍，步長以及每個波長的保持時間，設(shè)置光譜儀的波長范圍，分辨率和掃描時間；進(jìn)行第一次掃描，獲得被測光器件的整體光譜圖；選擇所需測量光譜的細(xì)節(jié)處，以細(xì)節(jié)處的起始和終止波長來設(shè)置可調(diào)諧激光器的波長掃描范圍，降低可調(diào)諧激光器的步長至所需要的分辨率，選取細(xì)節(jié)處的中間波長作為光譜儀的中心波長，并適當(dāng)設(shè)置光譜儀的分辨率；進(jìn)行第二次掃描，從光譜儀中記錄可調(diào)諧激光器每個波長對應(yīng)的光功率值；建立直角坐標(biāo)系，以可調(diào)諧激光器掃描過的波長為橫軸，以光功率為縱軸，逐點(diǎn)繪出每個波長對應(yīng)的光功率，即可得到細(xì)節(jié)處的光譜信息。
文檔編號G01J3/28GK101893507SQ200910084160
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者劉育梁, 徐團(tuán)偉, 李芳 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所