本发明涉及精密计量技术，特别涉及一种用于测量激光绝对波长的组合装置及其波长测量方法，可应用于波长测量、光谱成像等领域。
背景技术
自激光技术诞生以来，激光测量凭借着其高准直度、高速度、高测量精度等特点，得到了广泛的应用。其中，基于光学频率梳激光测距技术和激光调频连续波测距技术为代表的测距技术，分别在合作目标和无合作目标测量领域有着较高的测距精度，一度受到人们的追捧。光学波长计，作为一种高精密测量装置，能够实时测量激光器的绝对波长，在激光测量应用中起到不可替代的作用。如在基于光学频率梳和连续波激光绝对测距中，常常采用光学波长计来确定它两拍频位于频率梳齿的位置，以此来实现连续波激光的绝对频率的锁定。目前，市面上主要的商用光学波长计厂商有安捷伦(keysight)、德国的highfinesse公司、日本的横河(yokogawa)等。然而，这些厂商生产的光学波长计价格相当于一台激光器，十分昂贵，在一些工业测量现场往往无法得到广泛的应用。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于测量激光绝对波长的组合装置及其波长测量方法，成本低廉，装置占据体积小，易于移植，可以实现激光波长的高精度快速测量。
本发明所采用的技术方案是：一种用于测量激光绝对波长的组合装置，包括可调谐激光器，所述可调谐激光器的输出经过分束器分为a路和b路，所述a路进入法布里－珀罗干涉光路，所述b路进入气体吸收池光路，所述法布里－珀罗干涉光路和所述气体吸收池光路的输出端共同连接至数据采集系统，所述数据采集系统的输出端连接至计算机；
所述可调谐激光器用于产生连续扫频激光；
所述法布里－珀罗干涉光路用于产生若干个自由光谱范围间隔的干涉谱峰，形成干涉信号；
所述气体吸收池光路用于产生若干个特定激光波长的气体吸收谱峰，形成吸收信号；
所述数据采集系统用于对所述法布里－珀罗干涉光路产生的干涉信号和所述气体吸收池光路产生的吸收信号进行同步采样，并将采样后的信号送入计算机。
进一步的，所述法布里－珀罗干涉光路包括依次连接的法布里－珀罗腔和第一光电探测器，所述第一光电探测器的输出端连接至所述数据采集系统的输入端；从所述分束器分束的a路光束经过法布里－珀罗腔后，由于a路光束法布里－珀罗腔内产生多波长干涉因而产生了若干个自由光谱范围间隔的干涉谱峰，由若干个自由光谱范围间隔的干涉谱峰组成的干涉信号被第一光电探测器接收。
进一步的，所述气体吸收池光路包括依次连接的分子气体吸收腔和第二光电探测器，所述第二光电探测器的输出端连接至所述数据采集系统的输入端；从所述分束器分束的b路光束进入分子气体吸收腔后，特定激光波长的光强会被气体吸收腔吸收，产生若干个特定激光波长的气体吸收谱峰，由若干个特定激光波长的气体吸收谱峰组成的吸收信号被第二光电探测器接收。
进一步的，所述自由光谱范围间隔的干涉谱峰的个数根据所述可调谐激光器的带宽设置而定。
进一步的，所述特定激光波长的气体吸收谱峰的个数根据所述可调谐激光器的带宽设置而定。
进一步的，所述的特定激光波长根据所述气体吸收腔的型号而定。
本发明所采用的另一技术方案是：一种基于用于测量激光绝对波长的组合装置的波长测量方法，采用上述一种用于测量激光绝对波长的组合装置，具体包括以下步骤：
1-1步骤、搭建双光路系统：法布里－珀罗干涉光路和气体吸收池光路；
1-2步骤、数据采集，分别采集法布里－珀罗干涉光路产生的干涉信号和气体吸收池光路产生的吸收信号；
1-3步骤、设置可调谐激光器的波长调谐范围，找到气体吸收池光路产生的吸收信号的第一个吸收谱峰的中心位置，查气体吸收腔的吸收谱线表得到第一个吸收谱峰对应的波长值λ0；调节可调谐激光器的速度参数和法布里－珀罗腔两端的电压，使得吸收信号中的第一个吸收谱峰的中心与干涉信号的任意一个干涉谱峰的中心重合；
1-4步骤、根据第一个吸收谱峰对应的波长值λ0和法布里－珀罗腔的自由光谱范围参数，按顺序读出起始吸收谱线范围内所有的干涉谱峰对应的波长值λn，其中，波长值λn表述为：λn＝λ0+(n-1)×自由光谱范围参数，n＝1,2,3…m，m为1-3步骤中吸收信号中的第一个吸收谱峰的中心与干涉信号的任意一个干涉谱峰的中心重合之后吸收谱线范围内的总的干涉谱峰数；m个波长值λn即所要测得的所述可调谐激光器在设置带宽内的瞬时波长的绝对值。
本发明的有益效果是：
1、相对于商用波长计，本发明装置采用的气体吸收腔和法布里－珀罗腔等装置，其价格低廉，占据体积小，因此比商用波长计更具实用性。
2、相比于商用波长计，本发明装置采用气体吸收腔作为测量手段，其吸收谱峰在美国标准计量研究院做过校准。因此，较商用波长计，本装置可以做波长溯源。
附图说明
图1：本发明用于测量激光绝对波长的组合装置结构示意图；
图2：本发明用于测量激光绝对波长的组合装置的波长测量方法流程图；
图3：本发明波长测量方法中fp干涉谱峰与气体吸收峰的中心位置对准示意图。
附图标注：1-可调谐激光器，2-分束器，3-法布里－珀罗腔，4-第一光电探测器，5-气体吸收腔，6-第二光电探测器，7-数据采集系统，8-计算机，9-法布里－珀罗干涉光路，10-气体吸收池光路。
y1-干涉信号；y2-吸收信号。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如附图1所示，一种用于测量激光绝对波长的组合装置，包括：
两大组成光路：法布里-珀罗(fabry–pérot，简称fp)干涉光路9，用于产生自由光谱范围(freespectralrange，简称fsr)间隔的干涉谱峰。气体吸收池光路10，用于产生特定波长的气体吸收谱峰。
可调谐激光器1，用于产生连续扫频激光；可调谐激光器1发射的连续扫频激光被分束器2分为a路和b路，所述a路进入法布里－珀罗干涉光路9，所述b路进入气体吸收池光路10。
其中，所述法布里－珀罗干涉光路9包括依次连接的法布里－珀罗腔3和第一光电探测器4，所述第一光电探测器4的输出端连接至所述数据采集系统7的输入端；从所述分束器2分束的a路光束经过法布里－珀罗腔3后，由于a路光束法布里－珀罗腔3内产生多波长干涉因而产生了若干个自由光谱范围间隔的干涉谱峰，由若干个自由光谱范围间隔的干涉谱峰组成的干涉信号y1被第一光电探测器4接收。所述自由光谱范围间隔的干涉谱峰的个数根据所述可调谐激光器1的带宽设置而定。
其中，所述气体吸收池光路10包括依次连接的分子气体吸收腔5和第二光电探测器6，所述第二光电探测器6的输出端连接至所述数据采集系统7的输入端；从所述分束器2分束的b路光束进入分子气体吸收腔5后，特定激光波长的光强会被气体吸收腔5吸收，产生若干个特定激光波长的气体吸收谱峰，由若干个特定激光波长的气体吸收谱峰组成的吸收信号y2被第二光电探测器6接收。所述特定激光波长的气体吸收谱峰的个数根据所述可调谐激光器1的带宽设置而定。所述的特定激光波长根据所述气体吸收腔5的型号而定。
数据采集系统7，用于对所述法布里－珀罗干涉光路9产生的干涉信号y1和所述气体吸收池光路10产生的吸收信号y2进行同步采样，并将采样后的信号送入计算机8进行分析。所述法布里－珀罗干涉光路9和所述气体吸收池光路10的输出端共同连接至数据采集系统7，所述数据采集系统7的输出端连接至计算机8。
如图2所示，一种基于上述用于测量激光绝对波长的组合装置的波长测量方法，采用上述一种用于测量激光绝对波长的组合装置，具体包括以下步骤：
1-1步骤、搭建双光路系统：法布里－珀罗干涉光路9和气体吸收池光路10；本实施例中，可调谐激光器1采用的是luna公司的phoenix1400，法布里－珀罗腔3采用的是thorlabs公司的sa200-12b，自由光谱范围(fsr)1.5ghz，气体吸收腔5采用的是wavelengthreferences公司的hcn-13-h(16.5)-25-fc/apc，第一光电探测器4和第二光电探测器6均采用的是thorlabs公司的pda10cs-ec，数据采集系统7采用的是力科公司的lecroywaverunner640zi。
其中，本发明实施例对可调谐激光器1、法布里－珀罗腔3、气体吸收腔5等的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
1-2步骤、数据采集，分别采集法布里－珀罗干涉光路9产生的干涉信号y1和气体吸收池光路10产生的吸收信号y2。
1-3步骤、设置可调谐激光器1的波长调谐范围，找到气体吸收池光路10产生的吸收信号y2的第一个吸收谱峰的中心位置，查气体吸收腔5的吸收谱线表[1]得到第一个吸收谱峰对应的波长值λ0；调节可调谐激光器1的速度参数和法布里－珀罗腔3两端的电压，使得吸收信号y2中的第一个吸收谱峰的中心与干涉信号y1的任意一个干涉谱峰的中心重合，如图3所示；本实施例中，可调谐激光器1的波长调谐范围设置的是1545-1554nm，查阅吸收谱线表得到第一个吸收谱峰对应的波长λ0＝1545.23033nm；
1-4步骤、根据第一个吸收谱峰对应的波长值λ0和法布里－珀罗腔3的自由光谱范围参数，按顺序读出起始吸收谱线范围内所有的干涉谱峰对应的波长值λn，波长值λn可表述为：λn＝1545.23033+(n-1)×自由光谱范围参数(n＝1,2,3…m，其中，m为1-3步骤中吸收信号y2中的第一个吸收谱峰的中心与干涉信号y1的任意一个干涉谱峰的中心重合之后吸收谱线范围内的总的干涉谱峰数)；m个波长值λn即所要测得的所述可调谐激光器1在设置带宽内的瞬时波长的绝对值。
参考文献
[1]w.c.swannands.l.gilbert,“linecenters,pressureshift,andpressurebroadeningof1530-1560nmhydrogencyanidewavelengthcalibrationlines,”j.opt.soc.am.b22(8),1749–1756(2005).
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。