專利名稱：寬帶參考光源光頻域游標(biāo)法光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬帶參考光源光頻域游標(biāo)法光譜儀，屬于光譜探測領(lǐng)域，可以應(yīng)用于物質(zhì)的吸收光譜的測定、光通信和光纖傳感等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
測定光譜的現(xiàn)有技術(shù)目前主要有兩類。一類是將不同波長的光波分布在不同的空間方向上，其中常見的分光兀件是棱鏡和光柵。另一類是將不同波長的光波在時間上分開， 其中常見的是傅里葉變換光譜儀，可以利用邁克耳遜干涉儀或者馬赫-曾德干涉儀實現(xiàn)。在先技術(shù)之一，利用光柵將不同波長的光波分散到不同的空間方向，利用線性探測器陣列或者線性圖象傳感器(如CCD或者CMOS圖像傳感器)探測不同波長光波的功率， 由此得到待測光譜。這種方法的優(yōu)點是響應(yīng)速度快，波長分辨率也可以很高。缺點主要在于探測器和光柵之間需要較大的距離，因而導(dǎo)致機(jī)械加工困難，設(shè)備龐大笨重，而且價格昂
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貝ο在先技術(shù)之二，將光波導(dǎo)入一個邁克耳遜或者馬赫-曾德干涉儀，輸出的光波是兩臂中傳輸?shù)墓獠ǖ南喔晒?，其功率是波長和相位差的函數(shù)。通過調(diào)節(jié)一條光臂的長度，改變相位差，可以得到光功率隨腔長的變化。而光譜與這個信號的關(guān)系正好是余弦傅里葉變換，因此，通過求解逆傅里葉變換，可以得到待測光譜。這種方法的優(yōu)點是，光譜探測范圍和波長分辨率都很高。缺點是非常耗費(fèi)時間，不能夠測量變化較快的光譜；具有運(yùn)動部件， 對機(jī)械加工的要求也很高；設(shè)備也龐大而昂貴。因此如何克服現(xiàn)有技術(shù)中上述技術(shù)問題,成為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員努力的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種寬帶參考光源光頻域游標(biāo)法光譜儀，其避免了使用體積較大的邁克耳遜干涉儀和光柵-圖像傳感器結(jié)構(gòu)，而實現(xiàn)光頻率選擇；且可以在很小的幅度上調(diào)諧諧振腔的腔長，避免了采用活動部件所產(chǎn)生的技術(shù)問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于頻率選擇的光頻域游標(biāo)法光譜儀，包括入射準(zhǔn)直透鏡，用于將待測入射光耦合入光纖；光電探測裝置，用于將光波轉(zhuǎn)化為電信號；前置放大模塊，用于將來自所述光電探測裝置的電信號進(jìn)行放大處理；寬帶光源，用于提供一穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波；幅度調(diào)制器，將來自所述寬帶光源的穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波調(diào)制為一幅度調(diào)制光波；光纖耦合器，將來自所述幅度調(diào)制器幅度調(diào)制光波與來自所述入射準(zhǔn)直透鏡的待測入射光置加在一起；可調(diào)諧F-P干涉儀，其通過調(diào)諧腔長在來自所述光纖耦合器光波中選擇一系列單色光波通過；
F-P標(biāo)準(zhǔn)具，用于提取來自所述可調(diào)諧F-P干涉儀中特定頻率的光波；低通濾波器，用于提取光電信號中待測光波所產(chǎn)生的電信號；帶通濾波器，帶通濾波器的通帶的中心頻率等于所述幅度調(diào)制器的頻率，用于提取光電信號中寬帶光源所產(chǎn)生的電信號；功率測量模塊，根據(jù)來自所述低通濾波器電信號計算光功率，依次測量和記錄待測光波中不同頻率的光波并儲存光功率數(shù)據(jù)；波長解調(diào)模塊，根據(jù)來自所述帶通濾波器的信號，用于分析當(dāng)前所測量的光波的頻率。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果I、本發(fā)明利用兩個體積很小的諧振腔實現(xiàn)了光頻率選擇的功能，避免了使用體積較大的邁克耳遜干涉儀，或者是光柵-圖像傳感器結(jié)構(gòu)中較長的自由空間傳播距離。2、本發(fā)明只需要一個光電探測器，避免了使用價格昂貴的儀器級的圖像傳感器。3、本發(fā)明在掃描光頻率的過程中只需要在很小的幅度上調(diào)諧諧振腔的腔長。因此可以采用電光調(diào)制等手段，避免了采用活動部件所造成的問題。4、本發(fā)明的頻譜分辨率由標(biāo)準(zhǔn)具的自由光譜范圍決定，可以很容易地達(dá)到極高的分辨精度。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)；圖2為諧振腔的功率透射譜；圖3為F-P標(biāo)準(zhǔn)具和可調(diào)諧F-P干涉儀的功率透射譜；圖4為通過調(diào)諧可調(diào)諧F-P干涉儀實現(xiàn)頻率掃描；圖5為調(diào)諧諧振腔長度的電壓信號。以上附圖中1、入射準(zhǔn)直透鏡；2、可調(diào)諧F-P干涉儀；3、F-P標(biāo)準(zhǔn)具；4、光電探測裝置；5、前置放大模塊；6、光纖耦合器；7、寬帶光源；8、幅度調(diào)制器；9、低通濾波器；10、帶通濾波器；11、功率測量模塊；12、波長解調(diào)模塊；13、光纖隔離器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實施例一種用于頻率選擇的光頻域游標(biāo)法光譜儀，如附圖所示，包括入射準(zhǔn)直透鏡I，用于將待測入射光耦合入光纖；光電探測裝置4，用于將光波轉(zhuǎn)化為電信號；前置放大模塊5，用于將來自所述光電探測裝置4的電信號進(jìn)行放大處理；寬帶光源7，用于提供一穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波；幅度調(diào)制器8，將來自所述寬帶光源的穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波調(diào)制為一幅度調(diào)制光波；光纖耦合器6，將來自所述幅度調(diào)制器8幅度調(diào)制光波與來自所述入射準(zhǔn)直透鏡I 的待測入射光置加在一起；可調(diào)諧F-P干涉儀2，其通過調(diào)諧腔長在來自所述光纖耦合器6光波中選擇一系列單色光波通過；
F-P標(biāo)準(zhǔn)具3，用于提取來自所述可調(diào)諧F-P干涉儀2的一系列單色光波中特定頻率的光波；低通濾波器9，用于提取光電信號中待測光波所產(chǎn)生的電信號；帶通濾波器10，帶通濾波器9的通帶的中心頻率等于所述幅度調(diào)制器8的頻率，用于提取光電信號中寬帶光源所產(chǎn)生的電信號；功率測量模塊11，根據(jù)來自所述低通濾波器9電信號計算光功率，依次測量和記錄待測光波中不同頻率的光波并儲存光功率數(shù)據(jù)；波長解調(diào)模塊12，根據(jù)來自所述帶通濾波器10，用于分析當(dāng)前所測量的光波的頻率。上述F-P標(biāo)準(zhǔn)具3和可調(diào)諧F-P干涉儀2之間設(shè)置有一光纖隔離器13，用于隔離反射光。上述內(nèi)容進(jìn)一步闡述如下。根據(jù)多光束干涉的知識，諧振腔的功率透射譜呈現(xiàn)梳狀，如圖2所示。其中自由光譜范圍(腔縱模間隔)與諧振腔內(nèi)的光程(簡稱為腔長)成反比。腔縱模的寬度，也就是透射光譜的寬度，是由精細(xì)度決定的。精細(xì)度越高，縱模的形狀越尖銳，縱模寬度D越窄。本發(fā)明中存在有兩個串接的諧振腔，即腔長可變的可調(diào)諧F-P干涉儀和腔長固定的F-P標(biāo)準(zhǔn)具。兩者的自由光譜范圍有一個微小的差別。如圖3所示，圖3(a)為F-P標(biāo)準(zhǔn)具的透射譜，圖3(b)為可調(diào)諧F-P干涉儀的透射譜，兩者的透射光譜在光頻率Vi處重合， 而在其它任何波長都不重合，因此，待測光波穿過兩個諧振腔之后，只剩下頻率為Vi的單色光波。根據(jù)諧振腔的相關(guān)知識，其縱模頻率為
權(quán)利要求
1.一種寬帶參考光源光頻域游標(biāo)法光譜儀，其特征在于包括入射準(zhǔn)直透鏡(I)，用于將待測入射光耦合入光纖；光電探測裝置(4)，用于將光波轉(zhuǎn)化為電信號；前置放大模塊(5)，用于將來自所述光電探測裝置(4)的電信號進(jìn)行放大處理；寬帶光源(7)，用于提供一穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波；幅度調(diào)制器(8)，將來自所述寬帶光源的穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波調(diào)制為一幅度調(diào)制光波；光纖耦合器￠)，將來自所述幅度調(diào)制器(8)的幅度調(diào)制光波與來自所述入射準(zhǔn)直透鏡(I)的待測入射光疊加在一起；可調(diào)諧F-P干涉儀(2)，其通過調(diào)諧腔長在來自所述光纖耦合器(6)光波中選擇一系列單色光波通過；F-P標(biāo)準(zhǔn)具(3)，用于提取來自所述可調(diào)諧F-P干涉儀(2)的一系列光波中特定頻率的光波；低通濾波器(9)，連接到所述前置放大模塊(5)輸出端，用于提取光電信號中待測光波所產(chǎn)生的電信號；帶通濾波器(10)，連接到所述前置放大模塊(5)輸出端，帶通濾波器(9)的通帶的中心頻率等于所述幅度調(diào)制器(8)的頻率，用于提取光電信號中寬帶光源所產(chǎn)生的電信號； 功率測量模塊(11)，根據(jù)來自所述低通濾波器(9)電信號計算光功率，依次測量和記錄待測光波中不同頻率的光波并儲存光功率數(shù)據(jù)；波長解調(diào)模塊(12)，根據(jù)來自所述帶通濾波器(10)，用于分析當(dāng)前所測量的光波的頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶參考光源光頻域游標(biāo)法光譜儀，其特征在于所述F-P 標(biāo)準(zhǔn)具(3)和可調(diào)諧F-P干涉儀(2)之間設(shè)置有一光纖隔離器(13)，用于隔離反射光。
全文摘要
本發(fā)明公開一種寬帶參考光源光頻域游標(biāo)法光譜儀，包括入射準(zhǔn)直透鏡；寬帶光源；幅度調(diào)制器，將來穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波調(diào)制為一幅度調(diào)制光波；光纖耦合器，將來自幅度調(diào)制光波與來自所述入射準(zhǔn)直透鏡的待測入射光疊加在一起；可調(diào)諧F-P干涉儀，其通過調(diào)諧腔長在來自光纖耦合器光波中選擇一單色光波通過；F-P標(biāo)準(zhǔn)具，用于提取可調(diào)諧F-P干涉儀中特定頻率的光波；低通濾波器，用于提取光電信號中待測光波所產(chǎn)生的電信號；帶通濾波器，用于提取光電信號中寬帶光源所產(chǎn)生的電信號；功率測量模塊；波長解調(diào)模塊。本發(fā)明寬帶參考光源光頻域游標(biāo)法光譜儀實現(xiàn)光頻率選擇；且可以在很小的幅度上調(diào)諧諧振腔的腔長，避免了采用活動部件所產(chǎn)生的技術(shù)問題。
文檔編號G01J3/45GK102607702SQ20121007502
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者劉志麟, 王允韜, 郁菁菁, 阮馳 申請人:昆山煜肸傳感器科技有限公司