專利名稱：一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，屬光纖光柵光譜儀技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光譜檢測廣泛的應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中。目前，公知的光譜儀是由棱鏡或衍射光柵，同時(shí)配合光電探測器等部件構(gòu)成。目前普遍使用的光柵光譜儀利用棱鏡或衍射光柵的色散作用，使得不同波長的譜線在位置上彼此分開，照射到光電探測器上，得到入射光的光譜。可以具有較寬的光譜范圍。由于設(shè)計(jì)中光路的需求，儀器的體積較大，成本較高，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)不能個(gè)性化的選擇高精度的測量區(qū)間，如煙臺東方分析儀器有限公司生產(chǎn)的DF-100E直讀光譜儀即屬于此列。因此迫切的需要一種簡單易行的方法來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的光譜儀所存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，該光譜儀不僅能測出被測光的光譜，而且能方便地在設(shè)計(jì)制作時(shí)根據(jù)需要個(gè)性化的選擇高精度的測量區(qū)間，同時(shí)儀器體積較小，成本低。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，包括待測光源、光調(diào)制器、2X2光纖耦合器、光纖光柵組、光電探測器、信號整形和放大電路及數(shù)據(jù)采集和處理裝置，其特征在于光調(diào)制器位于待測光源的后面，光調(diào)制器后面經(jīng)光纖和2X2光纖耦合器的一個(gè)輸入端相連接；2X2光纖耦合器的一個(gè)輸出端經(jīng)光纖和光纖光柵組相連接，另一個(gè)輸出端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；2X2光纖耦合器的另一個(gè)輸入端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；光電探測器輸出端連接到信號整形和放大電路，信號整形和放大電路輸出端連接到數(shù)據(jù)采集和處理裝置的接口上，由光電探測器送出的電信號經(jīng)過整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置上進(jìn)行信號處理。所述的光電探測器是響應(yīng)時(shí)間較短的光電二極管。所述的數(shù)據(jù)采集和處理裝置是單片機(jī)或是計(jì)算機(jī)。所述的光纖光柵組是由不同中心反射波長的光纖光柵經(jīng)光纖串連連接而成。本發(fā)明中的光路傳輸過程為待測光源通過光調(diào)制器使得進(jìn)入光路的是一個(gè)光脈沖，光脈沖經(jīng)過一個(gè)2X2的光纖耦合器之后，光分成兩路，一路進(jìn)入到光電探測器中，由數(shù)據(jù)采集和處理裝置采集時(shí)間數(shù)據(jù)；一路進(jìn)入到光纖光柵組中，不同波長成分的光先后經(jīng)過經(jīng)相應(yīng)的中心反射波長的光纖光柵反射后沿原光路返回，經(jīng)2X2的光纖耦合器后輸出到光電探測器中完成光電信號轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過信號整形和放大電路對信號加以必要的預(yù)處理。 經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和處理裝置計(jì)算不同波長光的返回時(shí)間差，同時(shí)對照光纖光柵組在光纖中的位置完成待測光源的波長成分的檢測。檢測波長成分的同時(shí)，對不同波長的光成分進(jìn)行系統(tǒng)的傳輸損耗修正和探測器響應(yīng)修正，得出出射光的光強(qiáng)，繪制出完整的光譜圖。本發(fā)明的工作原理如下利用光纖光柵對不同波長的光選擇性反射特性，可以制作多組光纖光柵排成光纖光柵組，光纖光柵之間輔以必要的光纖連接，以使得先后反射的光在到達(dá)光電探測器時(shí)可以分辨，使待測光從光纖光柵組中通過，若光中含有的波長成分符合通過的光纖光柵的中心反射波長，則反射，沿原光路返回，其他波長成分的光繼續(xù)傳播，繼而直到所有符合光纖光柵組中光柵中心反射波長的波長成分的光均被反射從光路返回為止。而每個(gè)光纖光柵的位置信息已知，通過記錄待測光進(jìn)入光纖光柵組的時(shí)間和反射回的光的時(shí)間，得出傳播時(shí)間差A(yù)t = t2-ti，進(jìn)而可通過光的傳播速度和時(shí)間差的關(guān)系由以下公式計(jì)算出該反射光傳播距離L = cA t/2，再對照光纖光柵組得出具體由哪個(gè)光纖光柵反射，進(jìn)而得出該反射光的波長。同時(shí)根據(jù)光在光路中傳播的損耗情況，對光電探測器接收到的光強(qiáng)進(jìn)行修正，進(jìn)而得到按照波長展開的光強(qiáng)分布，即待測光的光譜。光纖光柵最顯著的就是其自身的反射效應(yīng)。我們知道，光纖光柵的中心反射波長可表示為λ g = 2neffA。 式中，Λ是光柵周期，nrff是光柵區(qū)得有效折射率。而現(xiàn)有的工藝條件下，光纖光柵的中心反射波長帶寬可以縮小到0. Inm左右。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可以在光纖傳輸損耗較小的波段1200nm-1600nm之間進(jìn)行廣譜的光譜儀設(shè)計(jì)，也可以根據(jù)實(shí)際的需要在該波段內(nèi)個(gè)性化的選擇需要高精度測量的區(qū)間。本發(fā)明的有益效果是，結(jié)構(gòu)簡單合理可行，可以在在測量區(qū)間內(nèi)大幅度提高測量精度，有效的控制光譜儀的儀器體積和成本。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、待測光源；2、光調(diào)制器；3、2X2光纖耦合器；4、光纖；5、光纖光柵組；6、光纖； 7、光纖；8、光纖；9、光電探測器；10、信號整形和放大電路；11、數(shù)據(jù)采集和處理裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限于此。實(shí)施例1:本發(fā)明實(shí)施例1如圖1所示，一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，包括待測光源1、光調(diào)制器2、2X2光纖耦合器3、光纖光柵組5、光電探測器9、信號整形和放大電路 10、數(shù)據(jù)采集和處理裝置11，其特征在于光調(diào)制器2位于待測光源1的后面，光調(diào)制器2后面經(jīng)光纖和2X2光纖耦合器3的一個(gè)輸入端相連接；2X2光纖耦合器3的一個(gè)輸出端經(jīng)光纖8連接到光電探測器9上，另一個(gè)輸出端經(jīng)光纖4和光纖光柵組5相連接；2 X 2光纖耦合器3的另一個(gè)輸入端經(jīng)光纖7連接到光電探測器4上，光電探測器9輸出端連接到信號整形和放大電路10上，信號整形和放大電路10輸出端連接到數(shù)據(jù)采集和處理裝置11的接口上，由光電探測器9送出的電信號經(jīng)過整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置11 上進(jìn)行信號處理。所述的數(shù)據(jù)采集和處理裝置11是單片機(jī)。所述的光電探測器9是響應(yīng)時(shí)間較短的光電二極管。
所述的光纖光柵組5是由不同中心反射波長的光纖光柵經(jīng)光纖串連連接而成。實(shí)施例2 和實(shí)施例1相同，只是所述的數(shù)據(jù)采集和處理裝置11是計(jì)算機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，包括待測光源、光調(diào)制器、2X2光纖耦合器、光纖光柵組、光電探測器、信號整形和放大電路及數(shù)據(jù)采集和處理裝置，其特征在于光調(diào)制器位于待測光源的后面，光調(diào)制器后面經(jīng)光纖和2X2光纖耦合器的一個(gè)輸入端相連接；2X2光纖耦合器的一個(gè)輸出端經(jīng)光纖和光纖光柵組相連接，另一個(gè)輸出端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；2X2光纖耦合器的另一個(gè)輸入端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；光電探測器輸出端連接到信號整形和放大電路，信號整形和放大電路輸出端連接到數(shù)據(jù)采集和處理裝置的接口上，由光電探測器送出的電信號經(jīng)過整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置上進(jìn)行信號處理。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，其特征在于所述的光電探測器是響應(yīng)時(shí)間較短的光電二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集和處理裝置是單片機(jī)或是計(jì)算機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，其特征在于所述的光纖光柵組是由不同中心反射波長的光纖光柵經(jīng)光纖串連連接而成。
全文摘要
一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，屬光纖光柵光譜儀技術(shù)領(lǐng)域，包括待測光源、光調(diào)制器、數(shù)據(jù)采集和處理裝置等，其特征在于光調(diào)制器位于待測光源的后面，光調(diào)制器后面經(jīng)光纖和2×2光纖耦合器的一個(gè)輸入端相連接；2×2光纖耦合器的一個(gè)輸出端經(jīng)光纖和光纖光柵組相連接，另一個(gè)輸出端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；2×2光纖耦合器的另一個(gè)輸入端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；光電探測器輸出端連接到信號整形和放大電路，信號整形和放大電路輸出端連接到數(shù)據(jù)采集和處理裝置的接口上，由光電探測器送出的電信號經(jīng)過整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置上進(jìn)行信號處理。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單合理、體積小、成本低的特點(diǎn)。
文檔編號G01J3/18GK102435312SQ201110302718
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者劉永寧, 孫兆宗, 常軍, 王照勇, 黃越 申請人:山東大學(xué)