專利名稱：光頻域游標(biāo)法光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光頻域游標(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(shí)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(shí)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(diǎn)是響應(yīng)速度快，波長分辨率也可以很高。缺點(diǎn)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(jià)格昂
蟲
貝o在先技術(shù)之二，將光波導(dǎo)入一個(gè)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(gè)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(diǎn)是，光譜探測范圍和波長分辨率都很高。缺點(diǎn)是非常耗費(fèi)時(shí)間，不能夠測量變化較快的光譜；具有運(yùn)動(dòng)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。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種光頻域游標(biāo)法光譜儀，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(shí)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(dòng)部件所產(chǎn)生的技術(shù)問題。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種光頻域游標(biāo)法光譜儀，包括入射準(zhǔn)直透鏡，用于將待測的入射光耦合入光纖；可調(diào)諧F-P干涉儀，其通過調(diào)諧其腔長選擇部分來自所述入射準(zhǔn)直透鏡的光波通過；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；用于隔離反射光的第一光纖環(huán)行器，位于可調(diào)諧F-P干涉儀和F-P標(biāo)準(zhǔn)具之間，用于接收來自可調(diào)諧F-P干涉儀的光波；第二光纖環(huán)行器，此第二光纖環(huán)行器輸入端口與所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具之間傳輸光波；第一光電探測裝置，連接到所述第二光纖環(huán)行器第一輸出端口，用于將光波轉(zhuǎn)化為電信號；[0013]功率測量模塊，根據(jù)來自第一光電探測裝置的電信號計(jì)算光功率，采樣并儲(chǔ)存光功率數(shù)據(jù)；第二光電探測裝置，連接到所述第二光纖環(huán)行器第二輸出端口，用于將光波轉(zhuǎn)化為電信號；波長解調(diào)模塊，根據(jù)來自第二光電探測裝置的電信號計(jì)算穩(wěn)頻光源所發(fā)出的光波穿過整個(gè)系統(tǒng)后的光功率，采樣并保存光功率數(shù)據(jù)，從光功率數(shù)據(jù)中解調(diào)得到波長數(shù)據(jù)。上述技術(shù)方案中進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案如下作為優(yōu)選，所述可調(diào)諧F-P干涉儀中兩個(gè)端面反射鏡在不同的波長有不同的反射率。作為優(yōu)選，還包括穩(wěn)頻光源，接收來自所述第一光纖環(huán)行器中第3端口傳輸?shù)墓獠?，此穩(wěn)頻光源發(fā)出的穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波經(jīng)耦合器和來自入射準(zhǔn)直透鏡的光波耦合入光纖；第一光纖稱合器，穩(wěn)頻光源發(fā)出的光波經(jīng)稱合器與待測光波疊加在一起，并一同通過干涉儀；光纖布拉格光柵,位于所述第二光纖環(huán)行器和第一光電探測裝置之間，將來自穩(wěn)頻光源發(fā)出的光波反射，其阻帶與待測光波的頻率范圍錯(cuò)開。作為優(yōu)選，還包括穩(wěn)頻光源，用于提供一穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波；第三光纖環(huán)行器，其第I端口接收所述穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波，第三光纖環(huán)行器第2端口與所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具傳輸光波,第三光纖環(huán)行器第3端口與所述第二光纖環(huán)行器第I端口傳輸光波；光纖布拉格光柵，位于所述第二光纖環(huán)行器和光電探測裝置之間，將來自穩(wěn)頻光源發(fā)出的光波反射，其阻帶與待測光波的頻率范圍錯(cuò)開。作為優(yōu)選，還包括穩(wěn)頻光源，用于提供一穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波；第二光纖耦合器，用于將穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波分為兩路；第一光纖稱合器，穩(wěn)頻光源發(fā)出的光波經(jīng)第一光纖稱合器與待測光波疊加在一起，并一同通過干涉儀；第三光纖環(huán)行器，其第I端口接收來自第二光纖耦合器的穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波，第三光纖環(huán)行器第2端口與所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具傳輸光波,第三光纖環(huán)行器第3端口與所述第二光纖環(huán)行器第I端口傳輸光波；第一光電探測裝置，連接到所述第二光纖環(huán)行器第一輸出端口，用于將光波轉(zhuǎn)化為電信號；第二光電探測裝置，連接到所述第二光纖環(huán)行器第二輸出端口，用于將光波轉(zhuǎn)化為電信號；光纖布拉格光柵，位于所述第二光纖環(huán)行器和光電探測裝置之間，將來自穩(wěn)頻光源發(fā)出的光波反射，其阻帶與待測光波的頻率范圍錯(cuò)開。作為優(yōu)選，所述穩(wěn)頻光源的光頻率與待測光譜的范圍錯(cuò)開。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果I、本實(shí)用新型利用兩個(gè)體積很小的諧振腔實(shí)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。[0034]2、本實(shí)用新型只需要一個(gè)光電探測器，避免了使用價(jià)格昂貴的儀器級的圖像傳感器。3、本實(shí)用新型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(dòng)部件所造成的問題。4、本實(shí)用新型的頻譜分辨率由標(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本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)；圖2諧振腔的功率透射譜；圖3標(biāo)準(zhǔn)具7和干涉儀3的功率透射譜；圖4通過調(diào)諧干涉儀3實(shí)現(xiàn)頻率掃描；圖5干涉儀3在不同波段的端面反射率和功率透射譜；圖6標(biāo)準(zhǔn)具7和干涉儀3對波長調(diào)制光波施加的幅度調(diào)制；圖7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、第一光纖耦合器；3、可調(diào)諧F-P干涉儀；4、第一光纖環(huán)行器；5、穩(wěn)頻光源；6、第二光纖稱合器；7、F-P標(biāo)準(zhǔn)具；8、第三光纖環(huán)行器；9、第二光纖環(huán)行器；10、光纖布拉格光柵；11、第一光電探測裝置；12、第二光電探測裝置；13、功率測量模塊；14、波長解調(diào)模塊。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述實(shí)施例一種光頻域游標(biāo)法光譜儀，，如附圖I所示，依次由入射準(zhǔn)直透鏡1，第一光纖耦合器2，可調(diào)諧F-P干涉儀3，光纖環(huán)行器4，穩(wěn)頻光源5，第二光纖耦合器6，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具7,光纖環(huán)行器8,光纖環(huán)行器9,光纖布拉格光柵(FBG) 10,第一光電探測裝置11,光電探測裝置12，功率測量模塊13，波長解調(diào)模塊14構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)如圖I所示。各組成特征的功能和具體的工作方式見技術(shù)方案部分的敘述。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。本實(shí)用新型中存在有兩個(gè)串接的諧振腔，即腔長可變的F-P干涉儀3和腔長固定的F-P干涉儀7。兩者的自由光譜范圍有一個(gè)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(gè)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
r n nCV=-
21(I)其中C是光速，L是腔內(nèi)光程，n是一個(gè)正整數(shù)，是縱模的序號。[0052]從式⑴可以得到諧振腔的自由光譜范圍，也就是相鄰縱模的頻率差為[_] AV=^-⑵從式⑴和式⑵可以看出，當(dāng)改變腔長L時(shí)，自由光譜范圍和第n個(gè)縱模所在的光頻率V都會(huì)變化。但是，如果腔長的改變量A L遠(yuǎn)小于腔長，即有關(guān)系A(chǔ)L<<L，從式
(2)可以看出，分母上的 一點(diǎn)微小變化不會(huì)對自由光譜范圍Av產(chǎn)生顯著的影響，我們可以認(rèn)為Av是不變的。另一方面，在光頻波段，腔縱模的序數(shù)n都是很大的。因此，自由光譜范圍(縱模間隔)的一點(diǎn)微小變化都會(huì)累加起來，使第n個(gè)縱模所在的光頻率產(chǎn)生顯著的變化。綜上所述，微調(diào)腔長L的效果就相當(dāng)于平移諧振腔的透射光譜，如圖4所示。圖中為了便于區(qū)別，將干涉儀3的透射光譜的位置略微下移了一些。如附圖4所示，其中V1 :采樣光頻率1，V2 :采樣光頻率2，V3 :采樣光頻率3，V4 :采樣光頻率4，V5 :可調(diào)諧F-P干涉儀的光譜，V6 :F-P標(biāo)準(zhǔn)具的光譜，dl :縱模的偏移，d2 采樣光頻率的偏移；圖4 (a)中，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)具7光譜的第m個(gè)縱模與干涉儀3光譜的第n個(gè)縱模相重合時(shí)，采樣光頻率I能夠通過；圖4(b)中，第m+1個(gè)縱模與第n+1個(gè)縱模相重合，采樣光頻率2能夠通過；圖4 (c)中，第m+2個(gè)縱模與第n+2個(gè)縱模相重合，采樣光頻率3能夠通過；圖4(d)中，第m+3個(gè)縱模與第n+3個(gè)縱模相重合，采樣光頻率4能夠通過。從圖4中我們可以看出，第n個(gè)縱模的頻率僅僅只漂移了很小的量值，系統(tǒng)的采樣光頻率就已經(jīng)跨越了很大的范圍。這個(gè)特點(diǎn)決定了本實(shí)用新型所需要的腔長調(diào)諧量值非常的小，因而可以采用電光調(diào)制等技術(shù)，避免了使用活動(dòng)部件。技術(shù)方案如圖I所示。待測的入射光被準(zhǔn)直透鏡I耦合入光纖；經(jīng)過耦合器2，進(jìn)入干涉儀3 ;干涉儀3是一個(gè)梳狀的光濾波器，其透射光譜如圖2所示。待測的入射光波中，只有那些頻率與干涉儀3的縱模相重合的光波能夠通過。干涉儀3輸出的光波進(jìn)入環(huán)行器4。所謂環(huán)行器，是一種在光通信和傳感領(lǐng)域常用的無源器件，其功能為I端口入射的光波從2端口輸出，2端口入射的光波從3端口輸出，3端口入射的光波則無輸出。(從屬)光波進(jìn)入環(huán)行器4的I端口，從2端口輸出，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)具7。在干涉儀3和標(biāo)準(zhǔn)具7之間插入環(huán)行器4的目的是為了隔離反射光。標(biāo)準(zhǔn)具7也是一個(gè)梳狀的光濾波器，其透射光譜如圖2、圖3所示。從圖3、圖4及前文的說明可知，穿過干涉儀3的若干個(gè)光頻率成分中，最多只有一個(gè)能夠穿過標(biāo)準(zhǔn)具7。從圖3、圖4及前文的說明可知，通過調(diào)諧干涉儀3的腔長，可以人為地選擇最終穿過標(biāo)準(zhǔn)具7的光波的頻率。也就是說，可以從待測光波中選出一個(gè)單色光波。這個(gè)功能是實(shí)現(xiàn)光譜測量的基礎(chǔ)。從標(biāo)準(zhǔn)具7出射的單色光波進(jìn)入環(huán)行器8的2端口，從3端口出射；進(jìn)入環(huán)行器9的I端口，從2端口出射，進(jìn)入FBG 10。FBGlO是一個(gè)光帶阻濾波器。在本實(shí)用新型中，F(xiàn)BGlO的阻帶與待測光波的頻率范圍錯(cuò)開，不會(huì)對待測光譜中任何一個(gè)頻率成分發(fā)生作用。光波穿過FBGlO以后，被光電探測器11轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，進(jìn)入功率測量模塊13。功率測量模塊13的作用為從電信號計(jì)算光功率；采樣并儲(chǔ)存光功率數(shù)據(jù)。在本實(shí)用新型中，干涉儀3的腔長被連續(xù)地調(diào)諧，其透射光譜也連續(xù)地移動(dòng)。從圖3、圖4及前文的說明可知，在一個(gè)調(diào)諧周期中，待測光波中不同的頻率成分在不同的時(shí)間穿過系統(tǒng)，被功率測量模塊13所測量和記錄。所以，功率測量模塊得到的數(shù)據(jù)中包含有不同波長的光波的功率信息。對于一臺光譜分析儀器，僅僅只是將待測光譜中的單色光波分離測量是不夠的，還必須能夠判斷當(dāng)前所測量的光波的頻率。直觀地看，可以通過測量干涉儀3的腔長計(jì)算出當(dāng)前通過的光波的光頻率。但是，由于腔長的變化量很小，不可能得到足夠精確的測量，所以本實(shí)用新型提供了一個(gè)穩(wěn)頻光源5做為判斷當(dāng)前采樣光頻率的手段。穩(wěn)頻光源5所采用的穩(wěn)頻機(jī)理是roH(Pound-DreVer-Hall)方法。PDH穩(wěn)頻方法中，必須采用標(biāo)準(zhǔn)具的一個(gè)縱模作為穩(wěn)頻基準(zhǔn)。在本實(shí)用新型中，采用標(biāo)準(zhǔn)具7的某個(gè)縱模作為穩(wěn)頻光源5的穩(wěn)頻基準(zhǔn)。嚴(yán)格地說，標(biāo)準(zhǔn)具7和穩(wěn)頻光源5結(jié)合使用才構(gòu)成一個(gè)完整的穩(wěn)頻光源。但是在本實(shí)用新型中，標(biāo)準(zhǔn)具7還有其它功能(與干涉儀3共同實(shí)現(xiàn)頻率選擇功能)，所以本實(shí)用新型中所謂穩(wěn)頻光 源5，是指一個(gè)完整的穩(wěn)頻光源中除去標(biāo)準(zhǔn)具之后剩余的部分。此外，PDH方法輸出的所謂穩(wěn)頻光波實(shí)際上是一個(gè)以很小的幅度做波長調(diào)制的光波。穩(wěn)頻光源5發(fā)出的光波經(jīng)過耦合器6，一部分光功率分配給耦合器2，用于判斷干涉儀3的光譜平移量，另一部分光功率分配給穩(wěn)頻反饋回路。該回路包括環(huán)行器8、標(biāo)準(zhǔn)具7、環(huán)行器4。光波從環(huán)行器8的I端口進(jìn)入，2端口輸出，然后進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)具7，穿過標(biāo)準(zhǔn)具7的光波進(jìn)入環(huán)行器4的2端口，從3端口輸出，反饋回穩(wěn)頻光源5，提供穩(wěn)頻的誤差信號。本實(shí)用新型中利用穩(wěn)頻光源5實(shí)現(xiàn)對干涉儀3透射譜平移量的解調(diào)。其工作過程為穩(wěn)頻光源5發(fā)出的光波經(jīng)耦合器2與待測光波疊加在一起，并一同通過干涉儀3，進(jìn)入環(huán)行器4的I端口，從2端口輸出，穿過標(biāo)準(zhǔn)具7，進(jìn)入環(huán)行器8的2端口，從3端口輸出，進(jìn)入環(huán)行器9的I端口，從2端口輸出，到達(dá)FBGlO。FBGlO是一個(gè)帶阻光濾波器，讓待測光波通過，將穩(wěn)頻光源5發(fā)出的光波反射。穩(wěn)頻光源5被FBGlO反射后進(jìn)入環(huán)行器9的2端口，從3端口輸出，被光電探測電路12轉(zhuǎn)化為電信號，最后輸入波長解調(diào)模塊14。波長解調(diào)模塊14的作用為從電信號計(jì)算穩(wěn)頻光源5所發(fā)出的光波穿過整個(gè)系統(tǒng)后的光功率；采樣并保存光功率數(shù)據(jù)；從光功率數(shù)據(jù)中解調(diào)得到波長數(shù)據(jù)。解調(diào)的原理敘述如下。由于穩(wěn)頻光源5的頻率是穩(wěn)定的，如果干涉儀3的透射譜發(fā)生平移，那么該光波穿過干涉儀3后肯定會(huì)產(chǎn)生對應(yīng)的變化。通過解算該變化，理論上可以得知干涉儀3的光譜平移量。但是，考慮到干涉儀3的精細(xì)度很高，光譜的形狀很尖銳，在光譜平移的過程中，當(dāng)穩(wěn)頻光源5的波長沒有對準(zhǔn)某個(gè)縱模時(shí)，幾乎沒有光功率能夠穿過干涉儀3，給探測增添了很多困難。為了能夠讓穩(wěn)頻光源5在穿過干涉儀3之后還能保留較多的光功率，必須降低干涉儀3的精細(xì)度，使其透射光譜變得平坦一些。然而，為了實(shí)現(xiàn)頻率選擇功能，干涉儀3又需要很高的精細(xì)度。所以，選擇穩(wěn)頻光源5的光頻率與待測光譜范圍錯(cuò)開，與此相對應(yīng)，干涉儀3在待測光譜范圍內(nèi)具有較高的精細(xì)度，在穩(wěn)頻光源5附近的波段具有較低的精細(xì)度。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，干涉儀3的兩個(gè)端面反射鏡在不同的波長有不同的反射率，如圖5所示圖5(a)是干涉儀3的端面反射鏡的反射率，R1是光譜測量范圍的反射率，非常接近于1，R2是穩(wěn)頻光源所在波段的反射率；圖5(b)是不同波段的不同反射率所對應(yīng)的諧振腔功率透射譜；圖5 (c)是穩(wěn)頻光源5的光譜。應(yīng)注意穩(wěn)頻光源5所輸出的實(shí)際上是一個(gè)波長調(diào)制的光波，其調(diào)制幅度約等于標(biāo)準(zhǔn)具7的縱模寬度D。在圖5中，由于繪制的范圍跨越了很多個(gè)自由光譜范圍，所以將穩(wěn)頻光源5的光譜繪制為一個(gè)固定的窄光譜。通過穩(wěn)頻光源5解調(diào)出干涉儀3的透射譜的平移量的方法如圖6所示。圖6 (a)是標(biāo)準(zhǔn)具7的透射光譜中用于光源穩(wěn)頻的那個(gè)縱模；圖6 (b)是穩(wěn)頻光源5發(fā)出的波長正弦調(diào)制的光波通過該縱模后所受到的幅度調(diào)制；圖6(()是干涉儀3的低反射率波段的透射光譜，其中實(shí)線、虛線、點(diǎn)劃線分別代表平移量不同的三個(gè)透射譜；圖6(d)是波長正弦調(diào)制的光波通過干涉儀3之后受到的幅度調(diào)制；圖6(6)是波長正弦調(diào)制的光波。如前文所述，本實(shí)用新型通過調(diào)諧干涉儀3的腔長使干涉儀3的透射光譜發(fā)生平移。當(dāng)高反射率波段的尖銳透射譜發(fā)生平移時(shí)，低反射率波段的平緩?fù)干渥V也會(huì)平移相同的量值。所以，測量出低反射率波段透射譜的平移，就可以反推出哪一個(gè)頻率的光譜分量能 夠穿過干涉儀3和標(biāo)準(zhǔn)具7。本實(shí)用新型中，穩(wěn)頻光源5輸出一個(gè)波長調(diào)制的光波。所謂波長調(diào)制，是指光波的光頻率隨時(shí)間按照某種規(guī)律變化，比如最常見的正弦形式。波長調(diào)制的光波穿過一個(gè)光濾波器時(shí)，會(huì)被濾波器的透射光譜施加一個(gè)幅度調(diào)制。這是因?yàn)椋?dāng)光源被調(diào)制于某個(gè)波長時(shí)，正好對準(zhǔn)透射光譜中透過率較大的點(diǎn)，而被調(diào)制到另一個(gè)波長時(shí)，對準(zhǔn)透射光譜中透過率較小的點(diǎn)。所以，在一個(gè)波長調(diào)制周期中，穿過透射譜的光功率也會(huì)往復(fù)變化一回，最終的效果就是對波長調(diào)制光譜又施加了一個(gè)幅度調(diào)制。參看圖6(e)中的正弦曲線投映到圖6(a)中的縱模曲線所產(chǎn)生的圖6(b)中的振蕩曲線。從圖6中還可以看出，透射光譜所施加的幅度調(diào)制的波形是隨著光源與透射光譜的相對位置不同而變化的。簡略說來，在透射光譜斜率比較大的地方，施加的幅度調(diào)制就比較大，反之亦然。如圖6(e)中的正弦曲線投映到圖6(c)中的三條透射譜曲線所分別產(chǎn)生的圖6(b)中的三個(gè)不同的波動(dòng)曲線。從圖6(c)，(d)，(e)可以看出，在干涉儀3的低反射率波段，當(dāng)透射光譜平移時(shí)(圖中只畫出了透射光譜處于三個(gè)不同的位置，用以代表平移)，穩(wěn)頻光源5發(fā)出的波長調(diào)制光波對準(zhǔn)了透射光譜的不同位置，輸出的幅度調(diào)制信號的相位、幅度、頻率成分都會(huì)不同，從這些信息可以很反演出諧振腔的光譜平移量。穩(wěn)頻光波經(jīng)過干涉儀3之后還要經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)具7，還會(huì)再受到標(biāo)準(zhǔn)具7的調(diào)制，如圖6(a),(b),(e)所示。根據(jù)理論分析可知，波長調(diào)制的光波穿過兩個(gè)諧振腔之后受到的總幅度調(diào)制相當(dāng)于他們各自效應(yīng)的乘積。由于兩個(gè)諧振腔的自由光譜范圍略有不同，可以通過取對數(shù)運(yùn)算將相乘的關(guān)系變?yōu)橄嗉?，然后利用鎖相放大等手段將兩者分離開來。其中電光晶體4的前后端面鍍有高反射膜，構(gòu)成F-P干涉儀。電光晶體4的上下表面貼有電極5，通過施加電壓改變材料的折射率，因而改變諧振腔內(nèi)的光程。所施加的電壓信號如圖7所示。從圖7中可以看出，腔長隨時(shí)間變化的函數(shù)是一個(gè)正弦函數(shù)和線性函數(shù)的疊加。線性函數(shù)的斜率等于正弦函數(shù)斜率的最大值，因此曲線上周期性地出現(xiàn)斜率為0的點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中，這些斜率為0的點(diǎn)對應(yīng)頻率采樣點(diǎn)。這樣設(shè)計(jì)是考慮到兩個(gè)諧振腔的精細(xì)度都很高，腔縱模寬度D很小。如果簡單地采用線性掃描，則在掃描的過程中，兩者重合的時(shí)間太過短暫。如果用很慢地速率掃描，則又導(dǎo)致測試的時(shí)間太長。因此，本實(shí)用新型采用的掃描形式在采樣頻率處停留時(shí)間較長，而在其它地方用較快的速率掃描，解決了這個(gè)問題。 上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光頻域游標(biāo)法光譜儀，其特征在于包括 入射準(zhǔn)直透鏡(I)，用于將待測的入射光耦合入光纖； 可調(diào)諧F-P干涉儀(3)，其通過調(diào)諧其腔長選擇部分來自所述入射準(zhǔn)直透鏡(I)的光波通過； F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)，用于提取來自所述可調(diào)諧F-P干涉儀(3)中特定頻率的光波； 用于隔離反射光的第一光纖環(huán)行器(4)，位于可調(diào)諧F-P干涉儀(3)和F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)之間，用于接收來自可調(diào)諧F-P干涉儀(3)的光波； 第二光纖環(huán)行器(9)，此第二光纖環(huán)行器(9)輸入端口與所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)之間傳輸光波； 第一光電探測裝置(11)，連接到所述第二光纖環(huán)行器(9)第一輸出端口，用于將光波轉(zhuǎn)化為電信號； 功率測量模塊(13)，根據(jù)來自第一光電探測裝置(11)的電信號計(jì)算光功率，采樣并儲(chǔ)存光功率數(shù)據(jù)； 第二光電探測裝置(12)，連接到所述第二光纖環(huán)行器(9)第二輸出端口，用于將光波轉(zhuǎn)化為電信號； 波長解調(diào)模塊(14)，根據(jù)來自第二光電探測裝置(12)的電信號計(jì)算穩(wěn)頻光源(5)所發(fā)出的光波穿過整個(gè)系統(tǒng)后的光功率，采樣并保存光功率數(shù)據(jù)，從光功率數(shù)據(jù)中解調(diào)得到波長數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光頻域游標(biāo)法光譜儀，其特征在于所述可調(diào)諧F-P干涉儀(3)中兩個(gè)端面反射鏡在不同的波長有不同的反射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光頻域游標(biāo)法光譜儀，其特征在于還包括 穩(wěn)頻光源(5)，接收來自所述第一光纖環(huán)行器(4)中第3端口傳輸?shù)墓獠ǎ朔€(wěn)頻光源(5)發(fā)出的穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波經(jīng)耦合器(6)和來自入射準(zhǔn)直透鏡(I)的光波耦合入光纖； 第一光纖I禹合器(2)，穩(wěn)頻光源(5)發(fā)出的光波經(jīng)I禹合器(2)與待測光波疊加在一起，并一同通過干涉儀(3)； 光纖布拉格光柵(10)，位于所述第二光纖環(huán)行器(9)和第一光電探測裝置(11)之間，將來自穩(wěn)頻光源(5)發(fā)出的光波反射，其阻帶與待測光波的頻率范圍錯(cuò)開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光頻域游標(biāo)法光譜儀，其特征在于所述穩(wěn)頻光源(5)的光頻率與待測光譜的范圍錯(cuò)開。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光頻域游標(biāo)法光譜儀，其特征在于 穩(wěn)頻光源(5)，用于提供一穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波； 第三光纖環(huán)行器(8)，其第I端口接收所述穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波，第三光纖環(huán)行器(8)第2端口與所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)傳輸光波，第三光纖環(huán)行器(8)第3端口與所述第二光纖環(huán)行器(9)第I端口傳輸光波； 光纖布拉格光柵(10)，位于所述第二光纖環(huán)行器(9)和光電探測裝置(11)之間，將來自穩(wěn)頻光源(5)發(fā)出的光波反射，其阻帶與待測光波的頻率范圍錯(cuò)開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光頻域游標(biāo)法光譜儀，其特征在于所述穩(wěn)頻光源(5)的光頻率與待測光譜的范圍錯(cuò)開。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光頻域游標(biāo)法光譜儀，其特征在于還包括穩(wěn)頻光源(5)，用于提供一穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波； 第二光纖耦合器￠)，用于將穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波分為兩路； 第一光纖I禹合器(2),穩(wěn)頻光源(5)發(fā)出的光波經(jīng)第一光纖I禹合器(2)與待測光波疊加在一起，并一同通過干涉儀(3)； 第三光纖環(huán)行器(8)，其第I端口接收來自第二光纖耦合器￠)的穩(wěn)頻基準(zhǔn)光波，第三光纖環(huán)行器(8)第2端口與所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具(7)傳輸光波，第三光纖環(huán)行器(8)第3端口與所述第二光纖環(huán)行器(9)第I端口傳輸光波；第一光電探測裝置(11)，連接到所述第二光纖環(huán)行器(9)第一輸出端口，用于將光波轉(zhuǎn)化為電信號； 第二光電探測裝置(12)，連接到所述第二光纖環(huán)行器(9)第二輸出端口，用于將光波轉(zhuǎn)化為電信號； 光纖布拉格光柵(10)，位于所述第二光纖環(huán)行器(9)和光電探測裝置(11)之間，將來自穩(wěn)頻光源(5)發(fā)出的光波反射，其阻帶與待測光波的頻率范圍錯(cuò)開。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光頻域游標(biāo)法光譜儀，其特征在于所述選擇穩(wěn)頻光源(5)的光頻率與待測光譜范圍錯(cuò)開。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種光頻域游標(biāo)法光譜儀，包括入射準(zhǔn)直透鏡，用于將待測的入射光耦合入光纖；可調(diào)諧F-P干涉儀，其通過調(diào)諧其腔長在選擇部分來自所述入射準(zhǔn)直透鏡光波通過；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；用于隔離反射光的第一光纖環(huán)行器，位于可調(diào)諧F-P干涉儀和標(biāo)準(zhǔn)具之間；第二光纖環(huán)行器，此第二光纖環(huán)行器輸入端口與所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具之間傳輸光波；第一光電探測裝置；功率測量模塊；第二光電探測裝置；波長解調(diào)模塊。本實(shí)用新型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(shí)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(dòng)部件所產(chǎn)生的技術(shù)問題。
文檔編號G01J3/02GK202648797SQ201220093509
公開日2013年1月2日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者王允韜, 阮馳, 郁菁菁, 劉志麟 申請人:昆山煜肸傳感器科技有限公司