基於時域的光譜探測系統的製作方法
2023-08-02 13:01:36
專利名稱：基於時域的光譜探測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及光纖測量技術。
背景技術：
光譜特性是反映光學儀器的重要參數之一，現有技術中光譜探測都是在頻域實現的。現有的光譜探測系統中寬帶連續光打到分光色散元件上，分光色散元件在各個波長處移動，探測器根據連續光在各個波長處的能量不同，從而分辨出光譜特徵。基於頻域實現的系統無法對串行復用的法-珀幹涉儀等被測光學器件進行光譜探測。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠對串行復用的被測光學器件進行光譜探測的，基於時域的光譜探測系統。本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案是，基於時域的光譜探測系統，包括寬帶光脈衝發生裝置、反射裝置、探測裝置、被測光學器件；寬帶光脈衝發生裝置與反射裝置相連，反射裝置與被測光學器件相連，被測光學器件與探測裝置相連；所述反射裝置包括η個在空間上不同位置的反射單元，各反射單元反射不同波長的光脈衝，η為2以上的整數；所述寬帶光脈衝發生裝置，用於生成的寬帶光脈衝，並將寬帶光脈衝送入反射裝置；所述反射裝置，用於將接收到寬帶光脈衝經不同位置的反射單元的反射後，形成在時域上不同位置對應了不同波長的光強的光脈衝串，並將該脈衝串送入被測光學器件; 反射裝置中各反射單元反射的光脈衝的波長在寬帶光脈衝的波長範圍中；所述探測裝置，用於檢測經被測光學器件反射或透射的光脈衝串中每個脈衝的光強，從而得到被測光學器件的光譜。本發明系統中寬帶光脈衝經反射裝置後形成時域上的離散的光脈衝串入射到被測光學器件中，從而在時域上實現對被測光學器件的光譜信息的分辨。由於本發明系統可以測得不同空間位置，同一譜帶的光譜特徵，從而能對串行復用的被測光學器件進行光譜探測。具體的，反射裝置為串行反射裝置或並行反射裝置。串行反射裝置由各反射單元串聯形成。並行反射裝置由各反射單元並聯形成，且各並聯反射單元入射到被測光學器件的距離不同。進一步，為了實現系統的多級擴展，系統還包括分束器，以及2組以上的反射裝置、被測光學器件以及探測裝置；所述分束器的輸入端與寬帶光脈衝發生裝置相連，分束器的各輸出端連接對應的反射裝置。經多級擴展的系統的測量速度可大大提升，由毫秒量級提高到微秒量級。本發明的有益效果是，提供一種新的基於時域的光譜探測系統，能夠實現對串行復用的被測光學器件的光譜檢測。
圖1為本發明的系統框圖；圖2為被測光學器件的示意圖；圖3為實施例1的示意圖；圖4為實施例2的示意圖；圖5為實施3的系統框圖。
具體實施例方式如圖1所示，基於時域的光譜探測系統包括寬帶光脈衝發生裝置、反射裝置、探測裝置、被測光學器件；寬帶光脈衝發生裝置與反射裝置相連，反射裝置與被測光學器件相連，被測光學器件與探測裝置相連。寬帶光脈衝發生裝置中，由普通寬帶光源經過外調製，或多波長雷射光源經過內調製或外調製成光脈衝後生成寬帶光脈衝，並送入反射裝置；反射裝置是由反射波長不同的反射單元在空間上的不同位置組合而成，反射單元的組合可以是串行也可以是並行的； 反射裝置將接收到寬帶光脈衝經不同位置的反射單元的反射後，形成在時域上不同位置對應了不同波長的光強的光脈衝串，並將該脈衝串送入被測光學器件；反射裝置中各反射單元反射的光脈衝的波長在寬帶光脈衝的波長範圍中；經被測光學器件反射或透射的光脈衝串送入探測裝置；探測裝置檢測經被測光學器件反射或透射的光脈衝串中每個脈衝的光強，從而得到被測光學器件的光譜。探測裝置包括探測器、PC機，探測器用於被測光學器件的光譜探測，並將光譜探測得到的數據輸入至PC機，PC機用於處理並顯示光譜探測結果。被測光學器件為法-珀幹涉儀、麥可遜幹涉儀、環形腔幹涉儀、馬赫曾德幹涉儀、長周期光纖光柵(LPre)、或布拉格光纖光柵(FBG)。法-珀幹涉儀、布拉格光纖光柵、麥可遜幹涉儀、環形腔幹涉儀為反射光脈衝。如圖2(a)、(b)、(c)、(d)所示，分別為串行復用的法-珀幹涉儀、布拉格光纖光柵，麥可遜幹涉儀和環形腔幹涉儀；長周期光纖光柵、 馬赫曾德幹涉儀為透射光脈衝，分別如圖2(e)、(f)所示。當被測光學器件是反射光脈衝時，被測光學器件的光脈衝的輸入端與輸出端相同，如圖1(a)所示；當被測光學器件是透射光脈衝時，被測光學器件的光脈衝的輸入端與輸出端分別在被測光學器件的兩端，如圖 1(b)所示。實施例1如圖3所示，系統包括寬帶光脈衝發生裝置、環形器、反射裝置、被測光學器件、探測裝置。本實施例的環形器為四埠環形器。寬帶光脈衝發生裝置為整個探測系統提供光能輸入，寬帶光脈衝發生裝置生成的寬帶光脈衝接入環形器的1埠，環形器的2埠與反射裝置相連。本實例使用高反射率的 FBG作為反射單元，反射裝置由η個反射單元(隊、1 2、1 3、…、Rn)串聯而成。η的取值由實際需要的光譜檢測的波長解析度決定。η越大，波長間隔越小，所檢測到的光譜特徵中波長的解析度越高，FBG只能透過某一特定波長的光波，反射單元中各FBG反射不同波長的光脈衝，從而形成一系列中心波長不同的窄帶光學濾波器。被測光學器件的反射波長範圍(入」λη)要小於寬帶脈衝光源的波長範圍。比如，反射裝置由8個中心波長間隔4nm的FBG串聯而成，被測光學器件的反射波長範圍為32nm，寬帶光脈衝發生裝置生成的寬帶光脈衝的波長範圍應大於32nm。串聯的各反射單元與被測光學器件的距離必然不同，僅需保證兩相鄰反射單元之間的距離(單位nm)大於AT/(10ns)即可，其中ΔΤ為寬帶脈衝寬度。環形器1的3埠連接被測光學器件，經反射裝置反射形成的在時域上不同位置對應了不同波長的光強的光脈衝串反射回2埠，並從3埠入射至被測光學器件。被測光學器件為串行復用的法-珀幹涉儀，各法-珀幹涉儀反射回的光脈衝先回到3埠，再從4埠入射至探測裝置，探測器通過探測被測光學器件反射的光脈衝串中每個脈衝的光強，得到串行復用的法-珀幹涉儀的光譜數據，再輸入至PC機，從PC機顯示探測到的光譜。實施例2如圖4所示，系統包括寬帶光脈衝發生裝置、環形器、被測光學器件、反射裝置、探測裝置。寬帶光脈衝發生裝置為整個探測系統提供光能輸入，寬帶光脈衝發生裝置生成的寬帶光脈衝接入環形器的1埠，環形器的2埠與反射裝置相連。本實例的反射裝置由波分復用器(WDM)外接η個與波分復用器距離不同的反射鏡構成，波分復用器將寬帶光脈衝分離為η種波長的光脈衝，再經反射鏡反射回波分復用器，由波分復用器輸出在時域上不同位置對應了不同波長的光強的光脈衝串。各反射鏡與波分復用器距離滿足Ln> . . . L3 > L2 > L1，且(Li-LiJ > Δ T/(10ns), i = 2,…，η，Δ T為寬帶脈衝寬度。環形器的3埠連接被測光學器件，經反射裝置反射形成的在時域上不同位置對應了不同波長的光強的光脈衝串反射回2埠，並從3埠入射至被測光學器件。被測光學器件為長周期光纖光柵，經長周期光纖光柵透射的光脈衝入射至探測裝置。實施例3如圖5所示，系統包括寬帶光脈衝發生裝置、分束器、N組環形器、被測光學器件、 反射裝置以及探測裝置，N為大於等於2的正整數。在實現時，可以使用四埠、甚至更多埠數的環形器、三埠環形器、或者光纖耦合器來完成寬帶光脈衝發生裝置、被測光學器件、反射裝置以及探測裝置之間的光傳輸。目前常用的環形器為三埠環形器，當被測光學器件為反射器件時，則需要2個三埠環形器來完成一組被測光學器件的探測。比如，在對被測光學器件1進行探測時，使用環形器1、環形器2來傳輸光信號。分束器的輸出端與環形器1的1埠相連，環形器1的2埠與反射裝置相連，環形器1的3埠與環形器2的 1埠相連，環形器2的2埠與被測光學器件相連，環形器2的3埠與探測裝置相連。 本實施例系統能夠同時對多組被測光學器件進行光譜探測。分束器的輸入端與寬帶光脈衝發生裝置相連，分束器的各輸出端通過環形器連接對應的反射裝置。被測光學器件連接至環形器的與反射裝置相連的下一個埠。當被測光學器件為反射器件時，探測裝置連接至環形器的與被測光學器件相連的下一個埠。當被測光學器件為透射器件時，探測裝置連接至被測光學器件的另一端。系統的測量速度可大大提升，由毫秒量級提高到微秒量級。
權利要求
1.基於時域的光譜探測系統，其特徵在於，包括寬帶光脈衝發生裝置、反射裝置、探測裝置、被測光學器件；寬帶光脈衝發生裝置與反射裝置相連，反射裝置與被測光學器件相連，被測光學器件與探測裝置相連；所述反射裝置包括η個在空間上不同位置的反射單元， 各反射單元反射不同波長的光脈衝，η為2以上的整數；所述寬帶光脈衝發生裝置，用於生成寬帶光脈衝，並將寬帶光脈衝送入反射裝置；所述反射裝置，用於將接收到的寬帶光脈衝經不同位置的反射單元反射，形成在時域上不同位置對應不同波長的光強的光脈衝串，並將該脈衝串送入被測光學器件；反射裝置中各反射單元反射的光脈衝的波長在寬帶光脈衝的波長範圍中；所述探測裝置，用於檢測經被測光學器件反射或透射的光脈衝串中各脈衝的光強，從而得到被測光學器件的光譜。
2.如權利要求1所述基於時域的光譜探測系統，其特徵在於，所述反射裝置為串行反射裝置或並行反射裝置；所述串行反射裝置由各反射單元串聯形成；所述並行反射裝置由各反射單元並聯形成，且各並聯反射單元入射到被測光學器件的距離不同。
3.如權利要求2所述基於時域的光譜探測系統，其特徵在於，所述反射裝置由η個的布拉格光纖光柵串連而成；兩相鄰布拉格光纖光柵之間的距離大於ΔΤ/aOns)，其中AT為寬帶脈衝寬度。
4.如權利要求2所述基於時域的光譜探測系統，其特徵在於，所述反射裝置由波分復用器外接η個與波分復用器距離不同的反射鏡組成，兩相鄰相反射鏡到波分復用器的距離大於Δ T/(10ns)，其中Δ T為寬帶脈衝寬度。
5.如權利要求1所述基於時域的光譜探測系統，其特徵在於，被測光學器件為反射光學器件或透射光學器件；當被測光學器件是反射光學器件時，被測光學器件的光脈衝的輸入端與輸出端相同；當被測光學器件是透射光學器件時，被測光學器件的光脈衝的輸入端與輸出端分別在被測光學器件的兩端。
6.如權利要求5所述基於時域的光譜探測系統，其特徵在於，所述反射光學器件為法-珀幹涉儀、布拉格光纖光柵、麥可遜幹涉儀、或環形腔幹涉儀；所述透射光學器件為長周期光纖光柵、馬赫曾德幹涉儀。
7.如權利要求1所述基於時域的光譜探測系統，其特徵在於，還包括分束器，以及2組以上的反射裝置、被測光學器件以及探測裝置；所述分束器的輸入端與寬帶光脈衝發生裝置相連，分束器的各輸出端連接對應的反射裝置。
全文摘要
本發明提供一種能夠對串行復用的被測光學器件進行光譜探測的，基於時域的光譜探測系統中反射裝置包括n個在空間上不同位置的反射單元，各反射單元反射不同波長的光脈衝，n為2以上的整數；寬帶光脈衝發生裝置生成的寬帶光脈衝送入反射裝置；反射裝置將接收到寬帶光脈衝經不同位置的反射單元的反射後，形成在時域上不同位置對應了不同波長的光強的光脈衝串；探測裝置檢測經被測光學器件反射或透射的光脈衝串中每個脈衝的光強，從而得到被測光學器件的光譜。本發明系統中寬帶光脈衝經反射裝置後形成時域上的離散的光脈衝串入射到被測光學器件中，從而在時域上實現對被測光學器件的光譜信息的分辨。
文檔編號G01M11/02GK102445326SQ20111027967
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月20日 優先權日2011年9月20日
發明者倪敏, 冉曾令 申請人:電子科技大學