本發(fā)明涉及一種光學檢測技術(shù)，特別涉及一種激光器波長檢測方法。

背景技術(shù)：

激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明。某些激光器,如可調(diào)諧激光器，由于可調(diào)諧激光器可以利用其調(diào)諧機構(gòu)在很寬的波長范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其輸出光的波長，因此事先不能確定其輸出波長；而半導(dǎo)體激光器，其輸出光的波長會隨著工作參數(shù)的改變而發(fā)生變化。這些激光器在使用時大多必須知道它們精確的輸出波長,而大多數(shù)的激光器在維修以后波長也會發(fā)生改變，也必須對其輸出波長重新進行標定。此外，有些激光器由于其本身的特性導(dǎo)致輸出波長不穩(wěn)定，跳動性比較大，使用時需要對其波長進行實時監(jiān)測。因此激光波長是激光器性能測試的一項重要參數(shù)，也是激光器的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用中的一項基礎(chǔ)工作。這項參數(shù)已越來越引起人們的重視。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對激光器波長檢測重要性的問題，提出了一種激光器波長檢測方法，基于光柵衍射角與入射光波長之間的關(guān)系，通過測量光柵的衍射角，從而實現(xiàn)對激光波長的檢測。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種激光器波長檢測方法，具體包括如下步驟：

1）參考激光光源發(fā)出波長為λ1的參考激光束，待測激光光源發(fā)出波長為λ2的待測激光束，參考激光束λ1和待測激光束λ2，分別經(jīng)過第一光纖耦合器和第二光纖耦合器通過單模2x2光纖耦合器兩個輸入端口進入單模2x2光纖耦合器，兩束激光經(jīng)過單模2x2光纖耦合器的耦合區(qū)后合束，合束后的激光通過單模2x2光纖耦合器的其中一個端口輸出進入光纖準直器準直后，穿過光隔離器，再經(jīng)過分束鏡分束，透射光照射到平面光柵表面，發(fā)生衍射；

2）當衍射光到達平面光柵上方的平面反射鏡后，觀察0級衍射光的位置，確定0級衍射光之后轉(zhuǎn)動平面反射鏡，使得0級衍射光能沿著原光路返回到平面光柵表面，此時平面光柵上的入射角為α，當0級衍射光返回到平面光柵表面后，經(jīng)過相同的光路到達分光鏡，經(jīng)過分光鏡的反射，反射光束被聚焦透鏡聚焦到ccd上，記下此時ccd上光斑的位置以及固定平面反射鏡的高精度旋轉(zhuǎn)臺的度數(shù)θ0；

3）再次轉(zhuǎn)動平面反射鏡，分別找到參考激光束λ1和待測激光束λ2所對應(yīng)的1級衍射光，并使得1級衍射光在ccd上的光斑位置與0級衍射光的光斑位置一致，記下高精度旋轉(zhuǎn)臺所對應(yīng)的度數(shù)，分別算出兩束不同波長λ1、λ2的激光所對應(yīng)的0級與1級衍射光之間的夾角δ1和δ2，α>0,δ1<0,δ2<0；

4）將所得數(shù)據(jù)代入方程組，解方程組

sin(α)+sin(-α-δ1)=λ1/d

sin(α)+sin(-α-δ2)=λ2/d

得到待測激光器的波長λ2，其中d為平面光柵的周期。

所述平面光柵的周期d≥λ/2，λ=max(λ1,λ2)。

所述光纖耦合器、光纖準直器及單模2x2光纖耦合器皆與通過的激光光源中心波長相匹配。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明激光器波長檢測方法，可以實時測量激光波長，裝置簡單易操作，且精度較高,同一個光柵可以適用于一個很寬的頻帶內(nèi)的任一脈沖光。在實際操作過程中，只需轉(zhuǎn)動平面反射鏡依次使得平面光柵產(chǎn)生的1個0級和兩個1級衍射光沿著原入射方向返回到平面光柵上，使得3個衍射光斑在ccd上處于同一位置。通過解方程組即可以得到待測激光器的波長值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明激光器波長檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明激光器波長檢測方法各個角度示意圖。

具體實施方式

如圖1所示激光器波長檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括波長已知的參考激光光源1，待測激光光源2，第一光纖耦合器3，第二光纖耦合器4，單模2x2光纖耦合器5，光纖準直器6，光隔離器7，分光鏡8，周期已知的平面光柵9，裝在高精度旋轉(zhuǎn)臺11上的平面反射鏡10，聚焦透鏡12，ccd13。

參考激光光源1和待測激光光源2分別發(fā)出波長為λ1和λ2的激光束，參考激光束λ1經(jīng)過第一光纖耦合器3進入單模2x2光纖耦合器5的入射端口p1，而待測激光束λ2則經(jīng)過第二光纖耦合器4進入單模2x2光纖耦合器5的入射端口p2，耦合光通過出射端口p3進入光纖準直器6，而端口p4是沒有用到的。兩束激光經(jīng)過單模2x2光纖耦合器5的耦合區(qū)后將會進行合束，合束后的激光將分別傳輸?shù)蕉丝趐3和端口p4，傳到端口p4的那部分激光會損失掉，而傳到端口p3的混合激光經(jīng)光纖準直器6準直后，穿過光隔離器7，經(jīng)過分束鏡8分束，透射光照射到平面光柵9表面，發(fā)生衍射。當衍射光到達平面光柵9上方的平面反射鏡10后，觀察0級衍射光的位置，確定0級衍射光之后轉(zhuǎn)動平面反射鏡10，轉(zhuǎn)到合適的位置以使得0級衍射光能沿著原光路返回到平面光柵9表面，此時平面光柵9上的入射角為α，如圖2所示各個角度示意圖。當0級衍射光返回到平面光柵9表面后，經(jīng)過相同的光路到達分光鏡8。經(jīng)過分光鏡8的反射，反射光束被聚焦透鏡12聚焦到ccd13上，記下此時ccd13上光斑的位置以及高精度旋轉(zhuǎn)臺11的度數(shù)。同樣的檢測方法，找到兩束激光所對應(yīng)的1級衍射光，依次對其進行相應(yīng)的操作，使得它們在ccd13上的光斑位置與0級衍射光的光斑位置一致，記下高精度旋轉(zhuǎn)臺11所對應(yīng)的度數(shù)。分別算出兩束不同波長λ1、λ2的激光所對應(yīng)的0級與1級衍射光之間的夾角δ1和δ2，其中α>0,δ1<0,δ2<0,平面光柵9的周期d以及參考激光器的波長λ1為已知，解方程組

sin(α)+sin(-α-δ1)=λ1/d（1）

sin(α)+sin(-α-δ2)=λ2/d（2）

即可以得到待測激光器的波長λ2。該實驗可以根據(jù)待測激光光源2的不同，選擇相對應(yīng)的參考激光光源1，第一光纖耦合器3，第一光纖耦合器4，光纖準直器6，單模2x2光纖耦合器5以及平面光柵9。

固定在平面反射鏡10下方的高精度轉(zhuǎn)臺11可以360°連續(xù)轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)動使特定級次的衍射光能沿著入射方向返回到平面光柵9上。

參考激光光源1的波長是穩(wěn)定的，其波動可以忽略不計。單模2x2光纖耦合器5一共有四個端口，并且是雙向的，任何端口都可以用作輸入端。

所述光纖耦合器，光纖準直器6，單模2x2光纖耦合器5皆與通過的激光光源中心波長相匹配。

光隔離器7使得激光束只能從左向右傳播，而不能反向傳播。

所述平面光柵9的周期d≥λ/2，λ=max(λ1,λ2)。

在下面的檢測激光器波長的實施實例中，參考激光器的輸出中心波長為671.277nm、待測激光光源波長范圍為650±10nm，平面光柵的周期為500nm，其它激光波長的檢測與該檢測的實施方法一致。

具體實現(xiàn)激光器波長檢測的過程如下：如圖1所示，由周期已知的平面光柵9（周期d=500nm），波長已知的參考激光光源1（λ1=671.277nm），待測激光光源2（波長范圍為：650±10nm），第一光纖耦合器3，第二光纖耦合器4，光纖準直器6，單模2x2光纖耦合器5（覆蓋波長：632±50納米，耦合比為50：50），光隔離器7，分光鏡8，聚焦透鏡12，ccd13，高精度旋轉(zhuǎn)臺11（分辨率：0.00125°），平面反射鏡10組成。

參考激光光源1和待測激光光源2分別發(fā)出波長為λ1和λ2的激光束，參考激光束λ1和待測激光束λ2，分別經(jīng)過第一光纖耦合器3和第二光纖耦合器4進入單模2x2光纖耦合器5，兩束激光經(jīng)過單模2x2光纖耦合器5的耦合區(qū)后將會進行合束，合束后的激光將分別傳輸?shù)蕉丝趐3和端口p4，傳到端口p4的那部分激光會損失掉，而傳到端口p3的混合激光經(jīng)光纖準直器6準直后，穿過光隔離器7后進入分束鏡8，透射光照射到平面光柵9表面。平面光柵9的一側(cè)放置著一個高精度轉(zhuǎn)臺11，平面反射鏡10安裝在轉(zhuǎn)臺的中心上，用來接收平面光柵9形成的衍射光。高精度轉(zhuǎn)臺11可以360°旋轉(zhuǎn)，用來轉(zhuǎn)動平面反射鏡10，使得不同級次的衍射光沿著原光路返回，即滿足自準直條件。當衍射光到達平面反射鏡10后，觀察0級衍射光的位置。0級衍射光與入射光對稱分布于光柵法線兩側(cè)，而λ1，λ2所對應(yīng)的1級衍射光，波長值較小的1級衍射光的位置離0級衍射光更近。若對于其它波長相差較大的激光而言，則可以直接通過顏色來判斷它們所對應(yīng)的1級衍射光。在確定0級衍射光之后轉(zhuǎn)動平面反射鏡10，轉(zhuǎn)到合適的位置以使得0級衍射光能沿著原光路返回到平面光柵9表面。當0級衍射光返回到平面光柵9表面后，經(jīng)過相同的光路到達分光鏡8。經(jīng)過分光鏡8的反射，光束被聚焦透鏡12聚焦到ccd13上，記下此時ccd13上光斑的位置以及轉(zhuǎn)臺11的度數(shù)θ0。同樣的，確定兩束激光分別對應(yīng)的1級衍射光，依次對其進行相應(yīng)的操作，使得它們在ccd13上的光斑位置與0級衍射光的光斑位置一致，記下轉(zhuǎn)臺11所對應(yīng)的度數(shù)θλ1、θλ2。則可以得到兩束不同波長λ1、λ2的激光所對應(yīng)的0級與1級衍射光之間的夾角δ1和δ2，其中，δ1=θ0-θλ1，δ2=θ0-θλ2。令入射角為α，待測激光器的波長為λ2，其中α>0,δ1<0,δ2<0,平面光柵9的周期d以及參考激光器的波長λ1為已知，解方程組

sin(α)+sin(-α-δ1)=λ1/d（1）

sin(α)+sin(-α-δ2)=λ2/d（2）

即可以得到待測激光器的波長λ2。

本發(fā)明實施例可用于檢測激光器的波長，測量前先將待測激光光束2與參考激光束1進行合束，轉(zhuǎn)動平面反射鏡10，依次使得平面光柵9產(chǎn)生的1個0級和兩個1級衍射光沿著原入射方向返回到平面光柵上9，最終由ccd13探測返回來的衍射光斑的位置。通過解方程組即可以得到待測激光器的波長值。