专利名称：宽光谱精密波长扫描方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤通信技术领域，特别是一种宽光谱精密波长扫描方法与装置。
背景技术：
波长扫描是广泛应用于光纤通信系统和设备中的一种核心技术，一般是采用干涉滤波器件或色散器件对连续或准连续筛选特定光波长进行测试和分析。在光谱分析仪、分光光度仪、光通道性能监测、光放大器增益均衡、可调谐光滤波器、可调谐激光器等设备和器件中都采用了这种技术。
常规的波长扫描，一般采用体光栅等色散元件或基于介质薄膜干涉滤波器的可调谐滤波器进行滤波，前者体积大，机械结构复杂，系统成本高；后者膜层结构精细复杂，对镀膜设备要求高，并且FP薄膜干涉滤波片的反射镜和腔体均为多层薄膜堆积形成，温度变化对滤波器透射干涉特性的影响较大，会导致透射中心波长随温度漂移，而且其光学性能会因时间老化效应发生中心波长的漂移和透射谱宽增大等性能退化。
对于波长扫描基准，常规方案一般选用单模稳定波长输出激光器组件，每轮扫描中系统寻找并选择对该参考波长透射最大点为起始位置，对某些更严格的应用系统还可能选用一组激光器或可调谐精确波长激光器作为参考波长组，其成本开销大，不利于广泛使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种宽光谱精密波长扫描方法与装置，该方法新颖、实用，该装置结构简单、成本低、便于推广应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是这样的所提供的宽光谱精密波长扫描方法，其步骤包括a.原始光信号经自聚焦透镜准直，b.入射到双固体腔FP光滤波器，c.系统控制步进电机旋转，PSD光源发出的参考光束在PSD探测器光敏面的不同分布对应于不同的输出电平，d.经数据采集，即经高精度高速A/D转换电路，将扫描控制机构中的PSD探测器输出的模拟电信号转换为数字信号，e.数据处理与系统控制单元根据上述转换后的数字信号，判断并获得第一个非零电平后出现的第一个零电平，此时对应的双固体腔FP光滤波器旋转位置被判定为光谱扫描起始位置，f.由数据处理与系统控制，使步进电机带动双固体腔FP光滤波器旋转，进行宽光谱精密波长扫描，在不同的旋转角度下，双固体腔FP光滤波器具有特定的光学传递函数，扫描信号穿透双固体腔FP光滤波器，g.经自聚焦透镜准直，输出由原始光谱函数与该光学传递函数的卷积的光信息，再经数据处理即可复原原始光信息。
所提供的宽光谱精密波长扫描装置，其结构是包括数据采集、数据处理与系统控制单元，以及可调光滤波器和扫描控制机构。
可调光滤波器设有旋转平台，与步进电机的电机轴相连，此平台一端有1个纵向通光狭缝，台面中部装有FP窄带光滤波器，台面边沿处装有2个自聚焦透镜光纤准直器。
扫描控制机构设有“h”形固定架，其张开的2个支架上分别装有PSD光源、PSD探测器，它们分别位于通光狭缝的上、下方。
本发明同现有技术相比，具有如下主要优点一是通过旋转FP窄带光滤波器，改变其透射光中心波长，实现光波长扫描，其中FP窄带滤波器采用双固体腔FP光滤波器，它是一种新型结构的FP型光滤波器，具有极高的特征系数(FOM)，能够获得精确的单信道光功率和光信噪比，且工艺简单、成本低，适于规模化批量生产和应用。
二是采用精密位移探测器(PSD)与精密细分步进电机作为波长扫描定位装置，替代上述常规的精确波长激光器，从而可用常规步进电机获得每步0.01～0.005度的精密步进量(Δθ)。该技术成熟度高，成本非常低廉，而且不受PSD光源退化影响，相对常规方案有很高的性价比。
三是整机结构简单，成本低廉，操作方便。
四是便于推广应用。
图1是本发明系统方框示意图。
图2是可调光滤波器的结构示意图。
图3是图2中双固体腔FP型光滤波器2的结构示意图。
图4是图3中光学高反射薄膜的结构示意图。
图5是波长扫描起始定位装置结构示意图。
具体实施例方式
本发明提供的宽光谱精密波长扫描方法是对扫描起始基准位置精确定位后，将准直的原始光信号，由可调谐滤波器进行宽光谱精密波长扫描，准直后，经数据采集和放大，输出由原始光谱函数与该光学传递函数的卷积的光信息，再经数据处理复原原始光信息。
本发明提供的宽光谱精密波长扫描装置，包括数据采集、数据处理与系统控制单元，以及可调光滤波器和扫描控制机构。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一.宽光谱精密波长扫描方法其步骤参照图1所示，包括a.原始光信号经自聚焦透镜准直，b.入射到双固体腔FP光滤波器2，c.系统控制步进电机5旋转，PSD光源17发出的参考光束在PSD探测器19光敏面的不同分布对应于不同的输出电平，d.经数据采集，即经高精度高速A/D转换电路，将扫描控制单元中PSD探测器19输出的模拟电信号转换为数字信号，e.数据处理与系统控制单元根据上述转换后的数字信号，判断并获得第一个非零电平后出现的第一个零电平，此时对应的双固体腔FP光滤波器2旋转位置被判定为光谱扫描起始位置，f.由数据处理与系统控制，使步进电机5带动双固体腔FP光滤波器2旋转，进行宽光谱精密波长扫描，在不同的旋转角度下，双固体腔FP光滤波器2具有特定的光学传递函数，扫描信号穿透双固体腔FP光滤波器2，g.经自聚焦透镜准直，输出由原始光谱函数与该光学传递函数的卷积的光信息，再经数据处理即可复原原始光信息。
二.宽光谱精密波长扫描装置包括数据采集、数据处理与系统控制单元，还包括可调光滤波器和扫描控制机构。
可调光滤波器的结构如图1、2所示设有旋转平台6，与步进电机5的电机轴相连，此平台一端设有1个纵向通光狭缝4，台面中部装有FP窄带光滤波器，台面边沿处装有自聚焦透镜光纤准直器1、3。
扫描控制机构的结构如图5所示设有“h”形固定架18，其一端由螺栓与基座固定，另一端具有张开的2个支架，2个支架上分别装有PSD光源17、PSD探测器19，它们分别位于通光狭缝4的上、下方。
FP窄带滤波器的结构如图3所示是一种双固体腔FP光滤波器2，其外围是透明基底13。为了叙述方便，用序号7、9、10、12表示具有高反射系数的光学薄膜，简称光学高反射薄膜；用序号8、11表示厚度很薄的石英平板，简称石英薄平板。其中，光学高反射薄膜7、9和石英薄平板8构成一个固体腔的FP光滤波器；同样的，光学高反射薄膜10、12和石英薄平板11构成另外一个固体腔的FP光滤波器。两个FP光滤波器具有一致的结构参数和光学传递函数，它们通过光学胶合的方法胶合在一起，构成一个具有双固体腔结构的新型FP光滤波器，即双固体腔FP光滤波器2。
上述光学高反射膜的结构如图4所示由若干层具有不同折射率且交错堆积镀制在固体石英表面的材料构成，它具有较宽的反射光谱带宽。其中，序号14是石英固体材料，序号15、16分别是低、高折射率材料。由于膜层数较少，且膜层仅起反射作用，其光谱特性较介质膜干涉滤光片具有高得多的温度和时间稳定性。
扫描控制单元，包括步进电机5及其精密细分驱动电路。精密细分驱动电路可采用常规技术，在该电路的控制下，步进电机5以每步0.01～0.005度的精密步进量(Δθ)，带动旋转平台6和双固体腔FP光滤波器2旋转。本单元工作过程是经自聚焦透镜光纤准直器1的原始光信号入射到双固体腔FP光滤波器2，通过控制步进电机5旋转双固体腔FP光滤波器2，经过该滤波器出射的光信号被光纤准直器接收。
数据处理与系统控制单元该单元可采用常规技术，根据状态监测单元的信号确定初始扫描位置，然后依照设定的扫描精度和速度，控制步进电机5的转动速度，进行光谱扫描。
下面简述一下本装置的工作过程。
数据处理与系统控制单元驱动步进电机5，带动旋转平台6以设定的方向(逆时针或顺时针方向)旋转，同时PSD光源17开始发出定位参考光。当通光狭缝4在旋转平台6旋转过程中位于该光源正下方时，参考光束经该狭缝入射到PSD探测器19光敏面；数据采集单元实时采集PSD探测器19的输出电平，在获得第一次非零电平后的第一个零电平时，双固体腔FP光滤波器2旋转位置即为扫描起始位置，此时PSD光束对称分布于PSD探测器平衡位置，其输出电平为零；从这个起始位置起，系统设定的最大旋转角度对应于系统扫描光谱范围，此时数据处理与系统控制单元根据预设的扫描精度和速度，以合适的驱动方式驱动双固体腔FP光滤波器2旋转。入射原始光信号经光纤准直器1准直后输出，透射过双固体腔FP光滤波器2，再经光纤准直器3准直后输出，输出的光信号即为原始光谱函数与该传递函数的卷积，数据处理单元通过基于反卷积的运算，即可复原原始光信息以及扫描范围内的完整光谱信息。
权利要求
1.一种波长扫描方法，其特征是宽光谱精密波长扫描方法，其步骤包括a.原始光信号经自聚焦透镜准直，b.入射到双固体腔FP光滤波器(2)，c.系统控制步进电机(5)旋转，PSD光源(17)发出的参考光束在PSD探测器(19)光敏面的不同分布对应于不同的输出电平，d.经数据采集，即经高精度高速A/D转换电路，将扫描控制机构中的PSD探测器(19)输出的模拟电信号转换为数字信号，e.数据处理与系统控制单元根据上述转换后的数字信号，判断并获得第一个非零电平后出现的第一个零电平，此时对应的双固体腔FP光滤波器(2)旋转位置被判定为光谱扫描起始位置，f.由数据处理与系统控制，使步进电机(5)带动双固体腔FP光滤波器(2)旋转，进行宽光谱精密波长扫描，在不同的旋转角度下，双固体腔FP光滤波器(2)具有特定的光学传递函数，扫描信号穿透双固体腔FP光滤波器(2)，g.经自聚焦透镜准直，输出由原始光谱函数与该光学传递函数的卷积的光信息，再经数据处理即可复原原始光信息。
2.一种波长扫描装置，包括数据采集、数据处理与系统控制单元，其特征是一种宽光谱精密波长扫描装置，该装置还包括可调光滤波器和扫描控制机构，可调光滤波器设有旋转平台(6)，与步进电机(5)的电机轴相连，此平台一端设有1个纵向通光狭缝(4)，台面中部装有FP窄带光滤波器，台面边沿处装有自聚焦透镜光纤准直器(1)、(3)，扫描控制机构设有“h”形固定架(18)，其张开的2个支架上分别装有PSD光源(17)、PSD探测器(19)，它们分别位于通光狭缝(4)的上、下方。
3.根据权利要求2所述的波长扫描装置，其特征在于所述的FP窄带光滤波器是一种双固体腔FP光滤波器(2)，由两个胶合在一起的FP光滤波器组成，其外围是透明基底(13)；每个FP光滤波器，设有石英薄平板(8)，其两侧是光学高反射薄膜(7)。
4.根据权利要求3所述的波长扫描装置，其特征在于所述的光学高反射膜(7)，由若干层具有不同折射率且交错堆积镀制在固体石英表面的材料构成。
5.根据权利要求2所述的波长扫描装置，其特征在于所述的扫描控制机构，包括步进电机(5)及其精密细分驱动电路，步进电机(5)每步步进量是0.01～0.005度。
全文摘要
本发明是一种宽光谱精密波长扫描方法与装置。其方法是对扫描起始基准位置精确定位后，将准直的原始光信号由可调光滤波器进行宽光谱精密波长扫描，准直后，经数据采集和放大，输出由原始光谱函数与该光学传递函数的卷积的光信息，再经数据处理复原原始光信息。其装置包括数据采集、数据处理与系统控制单元、可调光滤波器和扫描控制机构；可调光滤波器设有旋转平台(6)，其台面上装有FP窄带光滤波器和自聚焦透镜光纤准直器(1)、(3)；扫描控制机构设有固定架(18)，其上装有PSD光源(17)、PSD探测器(19)，它们位于旋转平台(6)的通光狭缝(4)上、下方。本发明具有性价比高、结构简单、成本低和便于推广等优点。
文档编号G01J3/00GK1527038SQ0312544
公开日2004年9月8日 申请日期2003年9月23日 优先权日2003年9月23日
发明者刘德明, 张敏明, 胡必春, 杨四刚 申请人:武汉晨光光电器件有限公司