一種用於sled光源的譜寬測量裝置及方法
2023-05-15 00:39:21 1
一種用於sled光源的譜寬測量裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於SLED光源的譜寬測量裝置及方法，裝置包括待測量SLED光源、第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器、光纖環形器、3×3光纖耦合器、光功率在線測量計、第一2×2光纖耦合器、第二2×2光纖耦合器、光纖鈮酸鋰相位調製器、第一法拉第旋轉反射鏡、延遲光纖線、第二法拉第旋轉反射鏡和數據終端，用於測量SLED光源譜寬的光路途徑至少為兩條，且存在兩條兩束光路發生幹涉。本發明的用於SLED光源的譜寬測量裝置及方法，能快速精確測量SLED光源的譜寬，成本低廉，使用方便，具有良好的應用前景。
【專利說明】 —種用於SLED光源的譜寬測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於SLED光源的譜寬測量裝置及方法，屬於光譜特徵測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近年來隨著光纖傳感技術的迅速發展，光纖陀螺儀、光纖水聽器、光纖傳感安防系統也相應得到更廣泛深入的應用，從以前單一的軍事應用發展到現在的民用領域。
[0003]由於這些光纖傳感系統所應用的具體技術原理不同，使用的雷射光源種類並不一樣，僅以光纖傳感安防系統為例，所應用的就有M-Z、sagnac、OTDR諸多技術路線，因而，所涉及的雷射光源有DFB-LD型、光纖雷射器、ASE光源等多種類型。但是，由於低相干寬譜光源能較好地抑制光纖中瑞利散射和克爾效應等帶來的幹擾和負面影響，因而基於寬譜雷射光源技術的光纖陀螺儀、光纖傳感安防系統、光纖水聽器在光纖傳感器中佔據著越來越重要的份額，特別在光纖陀螺儀的應用上除使用寬譜雷射光源外幾乎不會使用其它類型的雷射光源。而SLED光源則為一種最典型的寬譜雷射光源。
[0004]但是，雷射光源的譜寬也並不是越寬越好，而是在一定範圍內才能達到最佳效果，以光纖陀螺儀為例，理論上光源譜寬越寬，其抑制測量誤差的效果會越好，但過寬又會對系統標度因素的線性度、穩定性產生不良影響，因此，選擇適當譜寬的SLED光源非常重要，為此需要一種能夠精確測量SLED譜寬的裝置來選擇SLED光源。毫無疑問，使用光纖光譜儀能夠實現這一目的，並且還能夠獲得雷射光源的其它物理特徵參數，但是問題在於，目前，光纖光譜儀價格仍十分昂貴，而在光纖陀螺儀此類應用中我們並不需要獲取雷射光源的其它詳細物理特徵如紋波特徵等，對光纖光譜儀能夠測量所有雷射類光源的譜寬其實也並不關注，因而，急需一種成本低廉、能快速測量SLED型雷射光源譜寬的裝置，來解決上述問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是克服現有的光纖光譜儀價格昂貴，難以普及推廣以測量SLED光源的譜寬，本發明的用於SLED光源的譜寬測量裝置及方法，能快速精確測量SLED光源的譜寬，成本低廉，使用方便，具有良好的應用前景。
[0006]為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案是:
[0007]一種用於SLED光源的譜寬測量裝置，其特徵在於:包括待測量SLED光源、第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器、光纖環形器、3X3光纖耦合器、光功率在線測量計、第一 2X 2光纖稱合器、第二 2X2光纖稱合器、光纖銀酸鋰相位調製器、第一法拉第旋轉反射鏡、延遲光纖線、第二法拉第旋轉反射鏡和數據終端，
[0008]所述待測量SLED光源、第二光電探測器分別通過光纖環形器與3X3光纖耦合器相連接，所述第一光電探測器、第三光電探測器分別與3X3光纖耦合器相連接，所述3X3光纖稱合器分別與第一 2X2光纖稱合器、第二 2X2光纖稱合器相連接,所述第一 2X2光纖耦合器通過光纖鈮酸鋰相位調製器與第一法拉第旋轉反射鏡相連接，所述第二 2X 2光纖耦合器通過延遲光纖線與第二法拉第旋轉反射鏡相連接，所述第一 2X2光纖耦合器、第二 2 X 2光纖耦合器通過光纖相聯通，所述3 X 3光纖耦合器還與光功率在線測量計相連接，所述第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器通過電纜分別與數據終端相連接。
[0009]前述的一種用於SLED光源的譜寬測量裝置，其特徵在於:用於測量SLED光源譜寬的光路途徑至少為兩條，且存在兩條兩束光路發生幹涉。
[0010]基於上述的一種用於SLED光源的譜寬測量裝置的測量方法，其特徵在於:包括以下步驟，
[0011]步驟(I)，通過數據終端控制第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器輸出三路幹涉光，通過3X3光纖耦合器使相鄰的兩路幹涉光存在120°的相位差；
[0012]步驟(2)，通過光纖鈮酸鋰相位調製器調製出三路幹涉光在外界擾動引起的相位差Δ爐；
[0013]步驟(3)，根據公式(I)，計算幹涉光強/(△的
[0014]
/(Δ 爐)=j* /(/l)[1 + cos(A^)] ■ dk(I)
J-CO
[0015]其中，i(k)為光譜密度函數；k為幹涉光的波數，1? = 2π/λ，λ為幹涉光的波長；
[0016]步驟(4)，根據公式(2)、(3)，計算SLED光源的光譜密度函數i(k)，
[0017]Λ k/k= Λ λ/λ(2)
1-(k^f
[0018]i(k) = —j^=e /νΑ
V處(3)
[0019]其中，Δ λ為SLED光源的譜寬，Ak為波數k的增量，
[0020]? i(k)dk =10
J—cc
[0021]其中，I。為SLED光源的光強；
[0022]步驟(5)，根據廣義積分公式⑷，
[0023]? cos<7.v.e' hx'}dx = J—e 4b
J -U(4)
[0024]其中，公式(4)為廣義積分公式，a、b為常數；
[0025]步驟(6)，根據公式⑵、公式(3)、公式(4)帶入公式(I)，得到公式(5)，
[0026]
ΛΛ ^2
/(Αφ) - /0[I +Cos(A^)-C ~ ](5)
[0027]步驟(7)，根據公式(5)，得到SLED光源的譜寬Λ λ，
[0028]
AA = ^L C°S(A^
V [/(Λ<ρ)//(!]-1(6)。
[0029]本發明的有益效果是:本發明的用於SLED光源的譜寬測量裝置及方法，能快速精確測量SLED光源的譜寬，成本低廉，使用方便，具有良好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明的用於SLED光源的譜寬測量裝置的系統框圖。
[0031]圖2是本發明的用於SLED光源的譜寬測量方法的流程圖。
[0032]圖3是本發明的SLED光源的光譜圖。
【具體實施方式】
[0033]下面將結合說明書附圖，對本發明作進一步說明。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。
[0034]如圖1所示，實線為光纖；虛線為電纜，本發明的用於SLED光源的譜寬測量裝置，包括待測量SLED光源1、第一光電探測器2、第二光電探測器3、第三光電探測器4、光纖環形器5、3X 3光纖稱合器6、光功率在線測量計7、第一 2X2光纖稱合器8、第二 2X 2光纖率禹合器9、光纖鈮酸鋰相位調製器10、第一法拉第旋轉反射鏡11、延遲光纖線12、第二法拉第旋轉反射鏡13和數據終端14，
[0035]所述待測量SLED光源1、第二光電探測器3分別通過光纖環形器5與3X3光纖耦合器6相連接，第一光電探測器2、第三光電探測器4分別與3X3光纖耦合器6相連接，3X3光纖稱合器6分別與第一 2X2光纖稱合器8、第二 2X2光纖稱合器9相連接,第一2X2光纖耦合器8通過光纖鈮酸鋰相位調製器10與第一法拉第旋轉反射鏡11相連接，第二 2X2光纖耦合器9通過延遲光纖線12與第二法拉第旋轉反射鏡13相連接，第一 2X2光纖稱合器8、第二 2X2光纖稱合器9通過光纖相聯通,3X3光纖稱合器6還與光功率在線測量計7相連接，第一光電探測器2、第二光電探測器3、第三光電探測器4通過電纜分別與數據終端14相連接。
[0036]其中3X3光纖耦合器6有120度的相位偏置特性，故輸入的3路幹涉光的分光之間存在120度的相位差，通過3路幹涉光信號可以將幹涉光的相位差Δρ解調出來，然後繼續計算SLED光源I的譜寬。
[0037]用於測量SLED光源I譜寬的光路途徑至少為兩條，且存在兩條兩束光路發生幹涉，如圖1所示，可以形成光路途徑有6條，
[0038]I) 1-5-6-8-10-11-10-8-9-12-13-12-9-6 ；
[0039]2)1-5-6-9-12-13-12-9-8-10-11-10-8-6 ；
[0040]3)1-5-6-8-10-11-10-8-6 ；
[0041]4)1-5-6-9-12-13-12-9-6 ；
[0042]5)1-5-6-8-10-11-10-8-9-12-13-12-9-8-10-11-10-8-6 ；
[0043]6)1-5-6-9-12-13-12-9-8-10-11-10-8-9-12-13-12-9-6 ；
[0044]上述的6條光路途徑，只要有存在兩條兩束光路發生幹涉，即可。
[0045]如圖2所示，基於上述的用於SLED光源的譜寬測量裝置的測量方法，包括以下步驟，
[0046]步驟(I)，通過數據終端(14)控制第一光電探測器(2)、第二光電探測器(3)、第三光電探測器(4)輸出三路幹涉光，通過3X3光纖耦合器(6)使相鄰的兩路幹涉光存在120°的相位差；
[0047]步驟(2)，通過光纖鈮酸鋰相位調製器(10)調製出三路幹涉光在外界擾動引起的相位差Δ供；
[0048]步驟(3)，根據公式(I)，計算幹涉光強/(Λ㈧
[0049]
7(Δζζ>)=[ /(λ)[1 + cos(Ar/?)].?/Λ(I)
J-CO
[0050]其中，i(k)為光譜密度函數；k為幹涉光的波數，k = 2Ji/X，λ為幹涉光的波長；
[0051]步驟(4)，根據公式⑵、(3)計算SLED光源的光譜密度函數i (k)，SLED光源的光譜圖，如圖3所示，
[0052]Λ k/k = Λ λ / λ(2)
I
[0053]i(k) = —j^=e ■、人如隨(3)
[0054]其中，Λ λ為SLED光源的譜寬，Ak為波數k的增量，
[0055]J ^ i{k)dk =10
[0056]其中，I。為SLED光源的光強；
[0057]步驟(5)，根據廣義積分公式⑷，
[0058]f cos αν V' hx ]dx = J^e 4f>)
U(4)
[0059]其中，公式(4)為廣義積分公式，a、b為常數；
[0060]步驟(6)，根據公式⑵、公式(3)、公式(4)帶入公式(I)，得到公式(5)，
[0061]
~(Αφ'—)2
/(A^) = /0[l + cos(A^)-e 2i ](5)
[0062]步驟(7)，根據公式(5)，得到SLED光源的譜寬Λ λ，
[0063]
?=M L cos(卸)}
V[/(A1P)ZZJ-1(6)。
[0064]綜上所述，本發明的用於SLED光源的譜寬測量裝置及方法，能快速精確測量SLED光源的譜寬，成本低廉，使用方便，具有良好的應用前景。
[0065]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵及優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種用於SLED光源的譜寬測量裝置，其特徵在於:包括待測量SLED光源(I)、第一光電探測器⑵、第二光電探測器⑶、第三光電探測器⑷、光纖環形器(5)、3X3光纖耦合器(6)、光功率在線測量計(7)、第一 2X2光纖耦合器(8)、第二 2X2光纖耦合器(9)、光纖鈮酸鋰相位調製器(10)、第一法拉第旋轉反射鏡(11)、延遲光纖線(12)、第二法拉第旋轉反射鏡(13)和數據終端(14)， 所述待測量SLED光源(I)、第二光電探測器(3)分別通過光纖環形器(5)與3X3光纖耦合器(6)相連接，所述第一光電探測器(2)、第三光電探測器(4)分別與3X3光纖耦合器(6)相連接,所述3X3光纖稱合器(6)分別與第一 2X2光纖稱合器(8)、第二 2X2光纖率禹合器(9)相連接，所述第一 2X2光纖耦合器(8)通過光纖鈮酸鋰相位調製器(10)與第一法拉第旋轉反射鏡(11)相連接，所述第二 2X2光纖耦合器(9)通過延遲光纖線(12)與第二法拉第旋轉反射鏡(13)相連接,所述第一 2X2光纖稱合器(8)、第二 2X2光纖稱合器(9)通過光纖相聯通，所述3X3光纖耦合器(6)還與光功率在線測量計(7)相連接，所述第一光電探測器(2)、第二光電探測器(3)、第三光電探測器(4)通過電纜分別與數據終端(14)相連接。
2.根據權利要求1所述的一種用於SLED光源的譜寬測量裝置，其特徵在於:用於測量SLED光源譜寬的光路途徑至少為兩條，且存在兩條兩束光路發生幹涉。
3.基於權利要求1所述的一種用於SLED光源的譜寬測量裝置的測量方法，其特徵在於:包括以下步驟， 步驟(I)，通過數據終端(14)控制第一光電探測器(2)、第二光電探測器(3)、第三光電探測器(4)輸出三路幹涉光，通過3X3光纖耦合器(6)使相鄰的兩路幹涉光存在120°的相位差； 步驟(2)，通過光纖鈮酸鋰相位調製器(10)調製出三路幹涉光在外界擾動引起的相位差Λ妒 步驟(3)，根據公式(I)，計算幹涉光強/(△的Ι(Αφ) = J /(Aj[l + cos(A^)].dk(I) 其中，i (k)為光譜密度函數；k為幹涉光的波數，k = 2 /λ，λ為幹涉光的波長； 步驟(4)，根據公式(2)、(3)，計算SLED光源的光譜密度函數i (k)， Δ k/k = Δ 入 / 入(2)
1-嶺f i(k) = , e ΛΑ VπΑΙ?(3) 其中，Λ λ為SLED光源的譜寬，Ak為波數k的增量，
I i(k )dk = 10 其中，IciSsled光源的光強； 步驟(5)，根據廣義積分公式(4)，? cosax.e(—Αλ.、dx = J^e 4iLV b(4)其中，公式(4)為廣義積分公式，a、b為常數；步驟(6)，根據公式(2)、公式(3)、公式(4)帶入公式(I)，得到公式(5)， Αλ ■>?(Αφ) = /0[1 +cos(A^).^ -z ](5)步驟(7)，根據公式(5)，得到SLED光源的譜寬Λ λ，
AA = ^- L j C0S(A^} }\?(Αφ)/?]-1(6)。
【文檔編號】G01J9/04GK104180910SQ201410476577
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】吳東方 申請人:蘇州光藍信息技術有限公司