专利名称：宽带参考光源光频域游标法光谱仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种宽带参考光源光频域游标法光谱仪，属于光谱探测领域，可以应用于物质的吸收光谱的测定、光通信和光纤传感等领域。
背景技术：
测定光谱的现有技术目前主要有两类。一类是将不同波长的光波分布在不同的空间方向上，其中常见的分光兀件是棱镜和光栅。另一类是将不同波长的光波在时间上分开， 其中常见的是傅里叶变换光谱仪，可以利用迈克耳逊干涉仪或者马赫-曾德干涉仪实现。在先技术之一，利用光栅将不同波长的光波分散到不同的空间方向，利用线性探测器阵列或者线性图象传感器(如CCD或者CMOS图像传感器)探测不同波长光波的功率， 由此得到待测光谱。这种方法的优点是响应速度快，波长分辨率也可以很高。缺点主要在于探测器和光栅之间需要较大的距离，因而导致机械加工困难，设备庞大笨重，而且价格昂
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贝ο在先技术之二，将光波导入一个迈克耳逊或者马赫-曾德干涉仪，输出的光波是两臂中传输的光波的相干光，其功率是波长和相位差的函数。通过调节一条光臂的长度，改变相位差，可以得到光功率随腔长的变化。而光谱与这个信号的关系正好是余弦傅里叶变换，因此，通过求解逆傅里叶变换，可以得到待测光谱。这种方法的优点是，光谱探测范围和波长分辨率都很高。缺点是非常耗费时间，不能够测量变化较快的光谱；具有运动部件， 对机械加工的要求也很高；设备也庞大而昂贵。因此如何克服现有技术中上述技术问题,成为本领域普通技术人员努力的方向。
发明内容
本发明目的是提供一种宽带参考光源光频域游标法光谱仪，其避免了使用体积较大的迈克耳逊干涉仪和光栅-图像传感器结构，而实现光频率选择；且可以在很小的幅度上调谐谐振腔的腔长，避免了采用活动部件所产生的技术问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种用于频率选择的光频域游标法光谱仪，包括入射准直透镜，用于将待测入射光耦合入光纤；光电探测装置，用于将光波转化为电信号；前置放大模块，用于将来自所述光电探测装置的电信号进行放大处理；宽带光源，用于提供一稳频基准光波；幅度调制器，将来自所述宽带光源的稳频基准光波调制为一幅度调制光波；光纤耦合器，将来自所述幅度调制器幅度调制光波与来自所述入射准直透镜的待测入射光置加在一起；可调谐F-P干涉仪，其通过调谐腔长在来自所述光纤耦合器光波中选择一系列单色光波通过；
F-P标准具，用于提取来自所述可调谐F-P干涉仪中特定频率的光波；低通滤波器，用于提取光电信号中待测光波所产生的电信号；带通滤波器，带通滤波器的通带的中心频率等于所述幅度调制器的频率，用于提取光电信号中宽带光源所产生的电信号；功率测量模块，根据来自所述低通滤波器电信号计算光功率，依次测量和记录待测光波中不同频率的光波并储存光功率数据；波长解调模块，根据来自所述带通滤波器的信号，用于分析当前所测量的光波的频率。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果I、本发明利用两个体积很小的谐振腔实现了光频率选择的功能，避免了使用体积较大的迈克耳逊干涉仪，或者是光栅-图像传感器结构中较长的自由空间传播距离。2、本发明只需要一个光电探测器，避免了使用价格昂贵的仪器级的图像传感器。3、本发明在扫描光频率的过程中只需要在很小的幅度上调谐谐振腔的腔长。因此可以采用电光调制等手段，避免了采用活动部件所造成的问题。4、本发明的频谱分辨率由标准具的自由光谱范围决定，可以很容易地达到极高的分辨精度。
图I为本发明的结构；图2为谐振腔的功率透射谱；图3为F-P标准具和可调谐F-P干涉仪的功率透射谱；图4为通过调谐可调谐F-P干涉仪实现频率扫描；图5为调谐谐振腔长度的电压信号。以上附图中1、入射准直透镜；2、可调谐F-P干涉仪；3、F-P标准具；4、光电探测装置；5、前置放大模块；6、光纤耦合器；7、宽带光源；8、幅度调制器；9、低通滤波器；10、带通滤波器；11、功率测量模块；12、波长解调模块；13、光纤隔离器。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例一种用于频率选择的光频域游标法光谱仪，如附图所示，包括入射准直透镜I，用于将待测入射光耦合入光纤；光电探测装置4，用于将光波转化为电信号；前置放大模块5，用于将来自所述光电探测装置4的电信号进行放大处理；宽带光源7，用于提供一稳频基准光波；幅度调制器8，将来自所述宽带光源的稳频基准光波调制为一幅度调制光波；光纤耦合器6，将来自所述幅度调制器8幅度调制光波与来自所述入射准直透镜I 的待测入射光置加在一起；可调谐F-P干涉仪2，其通过调谐腔长在来自所述光纤耦合器6光波中选择一系列单色光波通过；
F-P标准具3，用于提取来自所述可调谐F-P干涉仪2的一系列单色光波中特定频率的光波；低通滤波器9，用于提取光电信号中待测光波所产生的电信号；带通滤波器10，带通滤波器9的通带的中心频率等于所述幅度调制器8的频率，用于提取光电信号中宽带光源所产生的电信号；功率测量模块11，根据来自所述低通滤波器9电信号计算光功率，依次测量和记录待测光波中不同频率的光波并储存光功率数据；波长解调模块12，根据来自所述带通滤波器10，用于分析当前所测量的光波的频率。上述F-P标准具3和可调谐F-P干涉仪2之间设置有一光纤隔离器13，用于隔离反射光。上述内容进一步阐述如下。根据多光束干涉的知识，谐振腔的功率透射谱呈现梳状，如图2所示。其中自由光谱范围(腔纵模间隔)与谐振腔内的光程(简称为腔长)成反比。腔纵模的宽度，也就是透射光谱的宽度，是由精细度决定的。精细度越高，纵模的形状越尖锐，纵模宽度D越窄。本发明中存在有两个串接的谐振腔，即腔长可变的可调谐F-P干涉仪和腔长固定的F-P标准具。两者的自由光谱范围有一个微小的差别。如图3所示，图3(a)为F-P标准具的透射谱，图3(b)为可调谐F-P干涉仪的透射谱，两者的透射光谱在光频率Vi处重合， 而在其它任何波长都不重合，因此，待测光波穿过两个谐振腔之后，只剩下频率为Vi的单色光波。根据谐振腔的相关知识，其纵模频率为
权利要求
1.一种宽带参考光源光频域游标法光谱仪，其特征在于包括入射准直透镜(I)，用于将待测入射光耦合入光纤；光电探测装置(4)，用于将光波转化为电信号；前置放大模块(5)，用于将来自所述光电探测装置(4)的电信号进行放大处理；宽带光源(7)，用于提供一稳频基准光波；幅度调制器(8)，将来自所述宽带光源的稳频基准光波调制为一幅度调制光波；光纤耦合器￠)，将来自所述幅度调制器(8)的幅度调制光波与来自所述入射准直透镜(I)的待测入射光叠加在一起；可调谐F-P干涉仪(2)，其通过调谐腔长在来自所述光纤耦合器(6)光波中选择一系列单色光波通过；F-P标准具(3)，用于提取来自所述可调谐F-P干涉仪(2)的一系列光波中特定频率的光波；低通滤波器(9)，连接到所述前置放大模块(5)输出端，用于提取光电信号中待测光波所产生的电信号；带通滤波器(10)，连接到所述前置放大模块(5)输出端，带通滤波器(9)的通带的中心频率等于所述幅度调制器(8)的频率，用于提取光电信号中宽带光源所产生的电信号； 功率测量模块(11)，根据来自所述低通滤波器(9)电信号计算光功率，依次测量和记录待测光波中不同频率的光波并储存光功率数据；波长解调模块(12)，根据来自所述带通滤波器(10)，用于分析当前所测量的光波的频率。
2.根据权利要求I所述的宽带参考光源光频域游标法光谱仪，其特征在于所述F-P 标准具(3)和可调谐F-P干涉仪(2)之间设置有一光纤隔离器(13)，用于隔离反射光。
全文摘要
本发明公开一种宽带参考光源光频域游标法光谱仪，包括入射准直透镜；宽带光源；幅度调制器，将来稳频基准光波调制为一幅度调制光波；光纤耦合器，将来自幅度调制光波与来自所述入射准直透镜的待测入射光叠加在一起；可调谐F-P干涉仪，其通过调谐腔长在来自光纤耦合器光波中选择一单色光波通过；F-P标准具，用于提取可调谐F-P干涉仪中特定频率的光波；低通滤波器，用于提取光电信号中待测光波所产生的电信号；带通滤波器，用于提取光电信号中宽带光源所产生的电信号；功率测量模块；波长解调模块。本发明宽带参考光源光频域游标法光谱仪实现光频率选择；且可以在很小的幅度上调谐谐振腔的腔长，避免了采用活动部件所产生的技术问题。
文档编号G01J3/45GK102607702SQ20121007502
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者刘志麟, 王允韬, 郁菁菁, 阮驰 申请人:昆山煜肸传感器科技有限公司