[发明专利]光频域游标法光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种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，其中常见的分光元件是棱镜和光栅。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，而且价格昂贵。

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光频域游标法光谱仪，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：一种光频域游标法光谱仪，包括：

入射准直透镜，用于将待测的入射光耦合入光纤；

可调谐F-P干涉仪，其通过调谐其腔长在选择部分来自所述入射准直透镜光波通过；

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；

用于隔离反射光的第一光纤环行器，位于可调谐F-P干涉仪和F-P标准具之间，用于接收来自可调谐F-P干涉仪的光波；

第二光纤环行器，此第二光纤环行器输入端口与所述F-P标准具之间传输光波；

第一光电探测装置，连接到所述第二光纤环行器第一输出端口，用于将光波转化为电信号；

功率测量模块，根据来自第一光电探测装置的电信号计算光功率，采样并储存光功率数据；

第二光电探测装置，连接到所述第二光纤环行器第二输出端口，用于将光波转化为电信号；

波长解调模块，根据来自第二光电探测装置的电信号计算稳频光源所发出的光波穿过整个系统后的光功率，采样并保存光功率数据，从光功率数据中解调得到波长数据。

上述技术方案中进一步改进的技术方案如下：

作为优选，所述可调谐F-P干涉仪中两个端面反射镜在不同的波长有不同的反射率。

作为优选，还包括：稳频光源，接收来自所述第一光纤环行器中第3端口传输的光波，此稳频光源发出的稳频基准光波经耦合器和来自入射准直透镜的光波耦合入光纤；

第一光纤耦合器，稳频光源发出的光波经耦合器与待测光波叠加在一起，并一同通过干涉仪；

光纤布拉格光栅，位于所述第二光纤环行器和第一光电探测装置之间，将来自稳频光源发出的光波反射，其阻带与待测光波的频率范围错开。

作为优选，还包括：稳频光源，用于提供一稳频基准光波；

第三光纤环行器，其第1端口接收所述稳频基准光波，第三光纤环行器第2端口与所述F-P标准具传输光波，第三光纤环行器第3端口与所述第二光纤环行器第1端口传输光波；

光纤布拉格光栅，位于所述第二光纤环行器和光电探测装置之间，将来自稳频光源发出的光波反射，其阻带与待测光波的频率范围错开。

作为优选，还包括：稳频光源，用于提供一稳频基准光波；

第二光纤耦合器，用于将稳频基准光波分为两路；

第一光纤耦合器，稳频光源发出的光波经第一光纤耦合器与待测光波叠加在一起，并一同通过干涉仪；

第三光纤环行器，其第1端口接收来自第二光纤耦合器的稳频基准光波，第三光纤环行器第2端口与所述F-P标准具传输光波，第三光纤环行器第3端口与所述第二光纤环行器第1端口传输光波；

第一光电探测装置，连接到所述第二光纤环行器第一输出端口，用于将光波转化为电信号；