一種獲取光源光譜的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種獲取光源光譜的方法，包括：通過利用多種已知波長的單色光源測量集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器在不同波長下的半波電壓，建立半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系；把未知光源與同一集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器光連接之后，測量集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器隨調(diào)制電壓線性變化的干涉圖譜，再對測得的干涉圖譜進(jìn)行傅里葉變換處理，得到入射光功率隨半波電壓的分布曲線，再利用已經(jīng)建立的半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系得出入射光功率隨波長的分布曲線，由此獲得未知光源的光譜。該方法無需確定集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器的各種參數(shù)，操作簡便、精確度高、抗干擾能力強(qiáng)，不僅能確定光源光譜，還可用于測量物質(zhì)的可見-紅外吸收光譜和熒光光譜。
【專利說明】一種獲取光源光譜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光譜測量技術(shù)、集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)、離散傅立葉變換技術(shù)等【技術(shù)領(lǐng)域】，是涉及一種基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)獲取光源光譜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]商業(yè)化傅里葉變換光譜儀具有較高的光譜分辨率和信噪比，在環(huán)境監(jiān)測、食品安全檢測、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、防化反恐、生物醫(yī)學(xué)、石油化工、空間探測、材料研發(fā)等眾多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。但是，商業(yè)化的傅里葉變換光譜儀由分離光學(xué)元件構(gòu)成，體積大，價(jià)格高，抗震性差，不適合攜帶和現(xiàn)場快速檢測。為了滿足現(xiàn)場實(shí)時(shí)光譜檢測和在線提供光譜數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)需求，對微小型光譜儀的研發(fā)在國內(nèi)外獲得了高度重視。國際上研究較多的微小型傅里葉變換光譜儀是基于動鏡邁克爾遜干涉儀系統(tǒng)的微型化，但這種微光譜儀仍由分離元件組成，仍然存在抗機(jī)械振動性差，性能易受環(huán)境溫度、濕度、氣壓及氣氛變化的干擾等問題。這些微小型傅立葉光譜儀目前仍停留于實(shí)驗(yàn)室制發(fā)階段。
[0003]集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器可用于制作微小型靜態(tài)傅里葉變換光譜儀，這種光譜儀完全不同于傳統(tǒng)的動鏡邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)的傅里葉變換光譜儀，具有不含運(yùn)動部件，抗干擾能力強(qiáng)，光譜測試范圍寬，適合攜帶和現(xiàn)場快速光譜檢測等優(yōu)點(diǎn)，顯示出廣闊的應(yīng)用前景。但是，如何在不需要確定集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)和色散特性以及電極結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下準(zhǔn)確建立基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)的光譜確定方法，仍然是一個(gè)需要研究的問題，據(jù)我們所知，目前還未見相關(guān)報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的是提出一種基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)獲取光源光譜的方法。
[0005]為達(dá)成所述目的，本發(fā)明提供一種基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)的獲取光源光譜的方法，所述獲取光源光譜的方法包含以下步驟:
[0006]步驟1:將已知波長的單色光光源和光探測器分別與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器光輸入端和光輸出端進(jìn)行光連接，將信號控制與處理模塊分別與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器的調(diào)制電極和光探測器輸出端電連接；
[0007]步驟2:通過信號控制與處理模塊給集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器施加調(diào)制電壓，利用多種已知波長的單色光光源測量集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器在不同波長下的半波電壓νπ，建立半波電壓^與波長λ的單調(diào)函數(shù)關(guān)系^ = f(A)；
[0008]步驟3:用未知光源取代已知波長的單色光光源，利用信號控制與處理模塊給集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器施加隨時(shí)間t線性變化的調(diào)制電壓U = Sp.t+隊(duì)，并利用該信號控制與處理模塊同步同頻記錄調(diào)制電壓和光探測器輸出信號，得到集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器輸出光強(qiáng)隨調(diào)制電壓變化的干涉圖 譜，其中，Sp為調(diào)制電壓變化速率，U0為初始調(diào)制電壓；
[0009]步驟4:對測得的光探測器輸出信號采樣序列進(jìn)行離散傅立葉變換，并根據(jù)公式:νπ = (Sp*N)/(2*m*fs)，得到半波電壓-光功率譜圖；其中，N為光探測器輸出信號采樣序列長度，m為采樣序列中的某個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)，fs為米樣頻率；
[0010]步驟5:利用已建立的半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系νπ = f ( λ )，將半波電壓-光功率譜圖轉(zhuǎn)化為波長-光功率譜圖，獲取未知光源的光譜。
[0011]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明通過利用多種已知波長的單色光光源測量集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器在不同波長下的半波電壓，建立半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系；把未知光源與同一集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器光連接之后，測量該集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器隨調(diào)制電壓線性變化的干涉圖譜，再對測得的干涉圖譜進(jìn)行傅里葉變換處理，得到入射光功率隨半波電壓的分布曲線，再利用已經(jīng)建立的半波電壓與波長的對應(yīng)關(guān)系得出入射光功率隨波長的分布曲線，由此獲得未知光源的光譜。該方法無需確定集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器的各種參數(shù)，操作簡便、精確度高、抗干擾能力強(qiáng)，不僅能確定光源光譜，還可用于測量物質(zhì)的可見-紅外吸收光譜和熒光光譜。
[0012]1、本發(fā)明方法所使用的集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器的制作工藝已經(jīng)成熟，基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)的光譜確定方法實(shí)現(xiàn)成本較低。
[0013]2、本發(fā)明方法不需要測定集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器的各種光學(xué)參數(shù)和幾何參數(shù)就能夠準(zhǔn)確確定光源光譜，簡單易行。
[0014]3、基于本發(fā)明方法制備的光譜儀體積小、重量輕、便于攜帶。
[0015]4、本發(fā)明方法，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)光譜分析，在選取較高的調(diào)制電壓頻率時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)很短的光譜分析間隔(< 0.1s)。
[0016]4、本發(fā)明方法不涉及可動部件，采用集成光波導(dǎo)馬赫-曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)，抗干擾能力強(qiáng)，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0017]5、本發(fā)明方法可確定的光譜范圍寬(通常大于400nm)，通過選取不同工作波長的集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器和對應(yīng)響應(yīng)范圍的光探測器，可以對可見-紅外區(qū)間的不同波長范圍進(jìn)行光譜分析
[0018]6、本發(fā)明方法簡單靈活、實(shí)用性強(qiáng)，對待探測光信號容許光纖活動連接耦合或光束聚焦透鏡耦合，不僅可以用于確定未知光源的光譜，還可用于測量物質(zhì)的可見-紅外吸收光譜和熒光光譜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)獲取光源光譜的方法流程圖。
[0020]圖2為本發(fā)明基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)獲取光源光譜實(shí)施例的第一種裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)獲取光源光譜實(shí)施例的第二種裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例將波長為1590nm的激光光源與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器光連接后測得的調(diào)制器輸出光強(qiáng)在周期性三角波調(diào)制電壓的驅(qū)動下隨時(shí)間(即采樣點(diǎn)數(shù))的變化，圖中虛線部分為選取的分析區(qū)域。
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例利用不同波長的激光光源測得的集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器半波電壓與波長的依賴曲線。[0024]圖6為本發(fā)明實(shí)施例分別利用波長為1267.8nm和1653.7nm的兩個(gè)激光光源測得的集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器輸出信號隨調(diào)制電壓從-60V線性變化至+60V所產(chǎn)生的干涉圖
-1'TfeP曰。
[0025]圖7為本發(fā)明實(shí)施例利用離散傅立葉變換方法對圖6給出的兩個(gè)干涉圖譜分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并結(jié)合圖5顯示的調(diào)制電壓與波長的依賴關(guān)系而得到的相應(yīng)的波長-光功率譜。圖中虛線指出兩光譜的譜峰分別出現(xiàn)在1268.7nm和1654.3nm波長處，與所用激光光源的波長相吻合。
[0026]圖中元件標(biāo)號說明
[0027]1-光源；2-集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器；
[0028]3-光探測器；4-信號控制與處理模塊；
[0029]5-電源及后續(xù)設(shè)備；6-光纖；
[0030]7-電壓函數(shù)發(fā)生器。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖2或圖3基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)的獲取光源光譜裝置，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032]需要說明的是，實(shí)施·例以簡化或是方便標(biāo)示。附圖2和圖3中未繪示或描述的元件或?qū)崿F(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0033]第一實(shí)施例:如圖1本發(fā)明公開了一種基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)的光譜確定方法，并給出對兩種紅外激光器光譜的測量結(jié)果，證實(shí)了這種簡單廉價(jià)的新方法的可靠性和精確性。如圖2和圖3示出基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)的獲取光源光譜裝置，所述包括:光源1、集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2、光探測器3、信號控制與處理模塊4和光源及后續(xù)設(shè)備5，下面利用獲取光源光譜裝置對本發(fā)明獲取光源光譜的方法作進(jìn)一步描述，所述方法包括以下步驟:
[0034]步驟1:將已知波長的單色光光源I和光探測器3分別與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2光輸入端和光輸出端進(jìn)行光連接，將信號控制與處理模塊4分別與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的調(diào)制電極和光探測器3輸出端電連接；
[0035]步驟2:通過信號控制與處理模塊4給集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2施加調(diào)制電壓，利用多種已知波長的單色光光源I測量集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2在不同波長下的半波電壓V.，建立半波電壓^與波長λ的單調(diào)函數(shù)關(guān)系^ = f(A)；
[0036]步驟3:用未知光源取代已知波長的單色光光源1，利用信號控制與處理模塊4給集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器3施加隨時(shí)間t線性變化的調(diào)制電壓U = Sp.t+U0,并利用信號控制與處理模塊4同步同頻記錄調(diào)制電壓和光探測器3輸出信號，得到集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2輸出光強(qiáng)隨調(diào)制電壓變化的干涉圖譜，其中，Sp為調(diào)制電壓變化速率，U0為初始調(diào)制電壓；
[0037]步驟4:對測得的光探測器3輸出信號采樣序列進(jìn)行離散傅立葉變換，并根據(jù)公式:νπ = (Sp*N)/(2.πι.fs)，得到半波電壓-光功率譜圖；其中，N為光探測器3輸出信號采樣序列長度，m為采樣序列中的某個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)，fs為采樣頻率；
[0038]步驟5:利用已建立的半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系Vn = f ( λ )，將半波電壓-光功率譜圖轉(zhuǎn)化為波長-光功率譜圖，獲取未知光源的光譜。
[0039]其中，在建立集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系時(shí)所使用的已知波長單色光光源I不少于3個(gè)，這些光源I的發(fā)射光譜覆蓋可見-近紅外區(qū)間，而且每個(gè)光源I的譜線寬度小于Inm,確保在寬的光譜范圍內(nèi)準(zhǔn)確建立集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系。
[0040]其中，所述調(diào)制電壓是隨時(shí)間周期性變化的三角波電壓，三角波電壓上升沿和下降沿的線性度大于99.999，上升段或下降段的電壓變化正負(fù)對稱，三角波電壓幅值低于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2擊穿電壓。
[0041]其中，所述三角波調(diào)制電壓也可以使用電壓函數(shù)信號發(fā)生器7提供，在此情況下，電壓函數(shù)信號發(fā)生器7的輸出端不僅要與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2電連接還要和信號控制與處理模塊4電連接(圖3示出)，以便由信號控制與處理模塊同步同頻記錄調(diào)制電壓和光探測器3輸出信號。
[0042]其中，在利用已知波長單色光光源測量集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2半波電壓時(shí)，集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2輸出光強(qiáng)度在調(diào)制電壓隨時(shí)間的變化過程中產(chǎn)生至少一個(gè)周期的變化。
[0043]其中，利用線性函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等函數(shù)中的一種函數(shù)關(guān)系式，對測得的集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2半波電壓隨波長的變化曲線進(jìn)行最佳擬合，在給定的光譜區(qū)間內(nèi)準(zhǔn)確建立集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系Vn = f(A)0
[0044]其中，利用信號控制與處理模塊4同步同頻記錄光探測器3輸出信號和施加給集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的調(diào)制電壓時(shí)，信號控制與處理模塊4的采樣頻率大于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2輸出光信號變化頻率的2倍。
[0045]其中，在利用傅里葉變換方法對采集的光探測器3輸出信號采樣序列進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，選取三角波調(diào)制電壓的上升沿或下降沿所對應(yīng)的光探測器3輸出信號采樣序列段作為分析區(qū)間進(jìn)行離散傅里葉變換。
[0046]其中，所述光源光譜，包括各種發(fā)光體的發(fā)射光譜、溶液和氣體的發(fā)射光譜。
[0047]在本發(fā)明的一個(gè)不例性實(shí)施例中，基于一種商業(yè)化集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2,在近紅外區(qū)間，進(jìn)行了光譜分析。如圖1示出的是基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的獲取光源光譜的識別流程，該光譜分析按照以下流程進(jìn)行:
[0048]步驟1:本示例中選用商業(yè)化集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2，采用1270nm，1310nm，1390nm, 1450nm, 1490nm, 1550nm, 1590nm, 1653nm等已知波長的半導(dǎo)體激光器作為光源1，
依次通過半導(dǎo)體激光器的光纖適配器與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2光輸入端尾纖相連接。集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的輸出光通過尾纖進(jìn)入光探測器3，光源I的激光由半導(dǎo)體激光器所帶的尾纖輸出。光探測器3為InGaAs光探測器。
[0049]步驟2:使用信號控制與處理模塊4 一端口提供的周期性變化的三角波電壓作為集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的調(diào)制電壓，所述調(diào)制電壓幅度為-60V-60V，頻率為10Hz，調(diào)制電壓作用在集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的調(diào)制電極上，再利用信號控制與處理模塊4對光探測器3的輸出電信號和調(diào)制電壓以20000Hz的采樣頻率進(jìn)行同步采樣。集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的輸出光強(qiáng)可由光探測器3的輸出電信號表示，設(shè)定調(diào)制電壓的上升沿作為分析區(qū)域，從采樣得到的輸出光信號隨調(diào)制電壓變化的關(guān)系中(如圖4所示已知波長為1590nm的激光器的出射光耦合進(jìn)入集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2后，采樣得到的集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2輸出光強(qiáng)隨調(diào)制電壓的變化，圖中虛線部分為選取的分析區(qū)域)，得到相應(yīng)單色光波長下集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的半波電壓。
[0050]步驟3:依次測量步驟I中的8種激光器I單波長下對應(yīng)的集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的半波電壓，對這8組半波電壓和對應(yīng)的波長采用最小二乘多項(xiàng)式擬合曲線(如圖5所示)，建立半波電壓V π (V)與波長λ (ym)的單調(diào)函數(shù)關(guān)系:
[0051]( λ ) = 2.34052.λ 4_9.15599.λ 3+12.34434.λ 2_2.19734.λ
[0052]步驟4:為了驗(yàn)證本專利方法的準(zhǔn)確性，對兩種激光器I的出射光進(jìn)行光譜分析。將波長分別為1267.8nm和1653.1xm的激光器I (尾纖輸出)通過光纖活動連接器與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2光輸入端尾纖相連接。集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的輸出光通過尾纖進(jìn)入InGaAs光探測器3。
[0053]步驟5:重復(fù)步驟2，在集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2調(diào)制電極上施加周期變化的三角波調(diào)制電壓(幅度為-60V-60V，頻率為IOHz)，信號控制與處理模塊4以20000Hz的采樣頻率對光探測器3的輸出電信號和調(diào)制電壓同步采樣。在調(diào)制電壓的上升沿區(qū)域，分別得到兩種待探測波長下，集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的輸出光信號隨調(diào)制電壓變化的干涉圖譜如圖6所示，所述兩種待測波長為1267.8nm/1653.7nm下，集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2的調(diào)制電極上施加的隨時(shí)間線性變化的調(diào)制電壓，和隨調(diào)制電壓變化的集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2輸出光強(qiáng)干涉圖譜。
[0054]步驟6:由信號控制與處理模塊4對步驟5中得到的兩種干涉圖譜采樣序列分別進(jìn)行離散傅立葉變換(補(bǔ)零至200000點(diǎn)以提高計(jì)算精度)，由于干涉圖譜的有限長度，傅立葉變換后的存在譜線展寬和旁瓣，可以通過對干涉圖譜的采樣序列進(jìn)行加窗濾波，以抑制旁瓣。根據(jù)公式Vn = (Sp.N)/(2.m.fs)，對離散傅立葉變換后的序列賦予物理意義，將其轉(zhuǎn)化為半波電壓-光功率譜圖。
[0055]步驟7:根據(jù)步驟3中建立的半波電壓與波長一一對應(yīng)的單調(diào)函數(shù)關(guān)系，將步驟6中的半波電壓-光功率譜圖轉(zhuǎn)換成為波長-光功率譜圖，如圖7所示，由兩種待測波長為1267.8nm/1653.7nm下的半波電壓-光功率譜圖得到的波長-光功率譜圖，圖中虛線分別表示兩種波長下的光譜譜峰，實(shí)現(xiàn)對未知光信號的光譜確定功能?？梢钥闯?，光譜譜峰分別出現(xiàn)在1268.7nm和1654.3nm波長處，與所用激光光源波長吻合得非常好，說明了本專利方法能夠很準(zhǔn)確地對未知光譜進(jìn)行分析。
[0056]基于以上具體實(shí)施例所得的結(jié)果可推知，本發(fā)明方法除了能夠?qū)ξ粗庠吹陌l(fā)射光譜進(jìn)行測試分析外，還可用于測量物質(zhì)的可見-紅外吸收光譜。測量時(shí)，首先把一寬帶光源與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2光輸入端進(jìn)行光連接，然后依次執(zhí)行圖1所述的步驟I至步驟5，用以獲取寬帶光源光譜LU)。之后將被測物質(zhì)置于寬帶光源I與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器2連接的光路上，再次執(zhí)行步驟3至步驟5，用以獲取寬帶光源I發(fā)出的光穿過被測物質(zhì)后的光譜I ( λ )，然后按照公式Α( λ ) = -log [I (λ)/Ι0(λ)]求得被測物質(zhì)的吸收光譜 A ( λ )。[0057]這種基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器的光譜確定方法,與傳統(tǒng)的光譜確定方法相比，操作簡單，成本較低，易于攜帶，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)測量，測量范圍廣，具有可靠性強(qiáng)和精度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0058]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)。
[0059]與本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)提出的基于集成光技術(shù)的傅里葉變換芯片光譜儀和基于集成光波導(dǎo)的衰減全反射測量式傅里葉光譜儀相比，本發(fā)明提出的一種基于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制技術(shù)的光譜確定方法，是先建立集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器的半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系，然后從離散傅立葉變換得到的半波電壓-光功率譜圖，得到波長-光功率譜圖，實(shí)現(xiàn)了光譜確定；這種方法普遍適用于具有基于電光效應(yīng)材料的光波導(dǎo)馬赫-曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)的電光調(diào)制器件，無需確定器件的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[0060]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】
1.一種獲取光源光譜的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟1:將已知波長的單色光光源和光探測器分別與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器光輸入端和光輸出端進(jìn)行光連接，將信號控制與處理模塊分別與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器的調(diào)制電極和光探測器輸出端電連接； 步驟2:通過信號控制與處理模塊給集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器施加調(diào)制電壓，利用多種已知波長的單色光光源測量集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器在不同波長下的半波電壓，建立半波電壓與波長λ的單調(diào)函數(shù)關(guān)系^ = f(A)； 步驟3:用未知光源取代已知波長的單色光光源，利用信號控制與處理模塊給集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器施加隨時(shí)間t線性變化的調(diào)制電壓U = SP.t+U0,并利用該信號控制與處理模塊同步同頻記錄調(diào)制電壓和光探測器輸出信號，得到集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器輸出光強(qiáng)隨調(diào)制電壓變化的干涉圖譜，其中，Sp為調(diào)制電壓變化速率，U0為初始調(diào)制電壓； 步驟4:對測得的光探測器輸出信號采樣序列進(jìn)行離散傅立葉變換，并根據(jù)公式:νπ =(Sp.Ν)/(2.m.fs)，得到半波電壓-光功率譜圖；其中，N為光探測器輸出信號采樣序列長度，m為采樣序列中的某個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)，fs為采樣頻率； 步驟5:利用已建立的半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系Vn = f ( λ )，將半波電壓-光功率譜圖轉(zhuǎn)化為波長-光功率譜圖，獲取未知光源的光譜。
2.如權(quán)利要求1所述獲取光源光譜的方法，其特征在于，在建立集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系時(shí)所使用的已知波長單色光光源不少于3個(gè)，這些光源的發(fā)射光譜覆蓋可見-近紅外區(qū)間，而且每個(gè)光源的譜線寬度小于lnm，確保在寬的光譜范圍內(nèi)準(zhǔn)確建立集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系。
3.如權(quán)利要 求1所述獲取光源光譜的方法，其特征在于，所述調(diào)制電壓是隨時(shí)間周期性變化的三角波電壓，三角波電壓上升沿和下降沿的線性度大于99.999，上升段或下降段的電壓變化正負(fù)對稱，三角波電壓幅值低于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器擊穿電壓。
4.如權(quán)利要求3所述獲取光源光譜的方法，其特征在于，所述三角波調(diào)制電壓也可以使用電壓函數(shù)信號發(fā)生器提供，在此情況下，電壓函數(shù)信號發(fā)生器輸出端不僅要與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器電連接還要和信號控制與處理模塊電連接，以便由信號控制與處理模塊同步同頻記錄調(diào)制電壓和光探測器輸出信號。
5.如權(quán)利要求2所述獲取光源光譜的方法，其特征在于，在利用已知波長單色光光源測量集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器半波電壓時(shí)，集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器輸出光強(qiáng)度在調(diào)制電壓隨時(shí)間的變化過程中產(chǎn)生至少一個(gè)周期的變化。
6.如權(quán)利要求1、2和5所述獲取光源光譜的方法，其特征在于，利用線性函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)中的一種函數(shù)關(guān)系式，對測得的集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器半波電壓隨波長的變化曲線進(jìn)行最佳擬合，在給定的光譜區(qū)間內(nèi)準(zhǔn)確建立集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器半波電壓與波長的單調(diào)函數(shù)關(guān)系Vn = f(A)0
7.如權(quán)利要求1所述獲取光源光譜的方法，其特征在于，利用信號控制與處理模塊同步同頻記錄光探測器輸出信號和施加給集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器的調(diào)制電壓時(shí)，信號控制與處理模塊的采樣頻率大于集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器輸出光信號變化頻率的2倍。
8.如權(quán)利要求7所述獲取光源光譜的方法，其特征在于，在利用傅里葉變換方法對采集的光探測器輸出信號采樣序列進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，選取三角波調(diào)制電壓的上升沿或下降沿所對應(yīng)的光探測器輸出信號采樣序列段作為分析區(qū)間進(jìn)行離散傅里葉變換。
9.如權(quán)利要求1所述獲取光源光譜的方法，其特征在于，所述光源光譜，包括各種發(fā)光體的發(fā)射光譜、溶液和氣體的發(fā)射光譜。
10.如權(quán)利要求1所述獲取光源光譜的方法，其特征在于，該方法，用于測量物質(zhì)的可見-紅外吸收光譜的步驟是:首先把一寬帶光源與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器光輸入端進(jìn)行光連接，然后依次執(zhí)行權(quán)利要求1所述的步驟I至步驟5，用以獲取寬帶光源光譜ItlU );之后將被測物質(zhì)置于寬帶光源與集成光波導(dǎo)電光調(diào)制器連接的光路上，再次執(zhí)行步驟3至步驟5，用以獲取寬帶光源發(fā)出的光穿過被測物質(zhì)后的光譜I ( λ )，然后按照公式Α( λ )= 一log [I ( λ ) /Ici (· λ )]求得被測物質(zhì)的吸收光譜AU)。
【文檔編號】G01J3/28GK103852164SQ201210506070
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月30日
【發(fā)明者】祁志美, 李金洋, 逯丹鳳 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所