[发明专利]一种光学频谱分析设备

说明书

技术领域

本发明属于光电技术领域，尤其是一种光学频谱分析设备。

背景技术

由于传统的光栅能够在大的光谱范围内具有很高光谱分辨率，因此，传统的光学频谱测量和分析设备一般采用反射型或透射型光栅。其缺点的，一般需要用精密步进马达带动光栅进行扫描。因此，常用的光栅光谱分析设备尺寸比较大，容易受机械震动的影响，且价格昂贵。

传统的光学法布里-珀罗标准具是一种利用多光束干涉原理制作的滤波器件，主要有两种类型：一种是空气间隔的，一种是光学玻璃间隔的。通过两个通光面上多层介质膜的高反射率所形成法布里-珀罗腔的多光束干涉效应，可以实现在宽频谱范围内的多波长窄带滤波输出，而且具有性能稳定、通光孔径大、光功率破坏阈值高、结构简单和成本低等特性，因此，被广泛应用于各类激光器、光学测量仪器和光纤通讯器件中。

利用传统的光学法布里-珀罗标准具可以实现透射光频率的调谐功能。对于空气间隔的法布里-珀罗标准具，可通过改变光的入射角度进行调谐，但是这种方法的调谐范围很小；也可以采用用机械方法（如步进马达）改变法布里-珀罗标准具的腔长进行调谐，这种方法可以实现大的调谐范围，但调谐精度低，而且对机械部件的精度要求高，稳定性不好。另外，采用PZT压电陶瓷（锆钛酸铅）技术通过改变法布里-珀罗标准具的腔长，可以提高调谐精度和速度，但是不易做到小型化，且驱动电路也较复杂；改变标准具的温度也可以实现较大范围的调谐，但是，该方法的缺点是速度慢。同时，单一法布里-珀罗标准具的滤波输出特性是一个光频率间隔为自由光谱范围的多模输出。。

声光可调谐滤波器（AOTF）是一种固态的、可电子调谐的带通光谱滤波器，这类滤波器大多数使用各向异性的声光互作用。晶体生长技术与高频压电式换能器技术的进步大大的改进了声光原件，使得AOTF技术上已成熟，从实验室走进了工业的应用。AOTF的实施通常采用各向异性的双折射声光（AO）介质，并有高速调谐能力、得到证明的长期稳定性以及低成本等优点。

声光滤波器的运行原理基于一种叫做布拉格衍射的现象，即衍射光的方向取决于声波的波长。与传统的技术相比，AOTF提供了连续、快速的调节能力，但要实现窄的滤波光谱带宽，一般要求声光晶体的尺寸比较大。声光滤波器有两种类型：共线型与非共线型，其中具有高射频频率的非共线型非近轴滤波器可以达到窄带光频率调谐，但几乎不可能做到象法布里-珀罗标准具一样的窄带滤波功能。因此，仅仅采用声光滤波器的可调谐激光器很难实现窄带输出。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种稳定性强、精度高、速度快以及频谱响应范围宽的光学频谱分析设备。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种光学频谱分析设备，包括一个可调谐法布里-珀罗滤波器、一个可调谐声光滤波器、第一光电探测器、第二光电探测器以及系统控制和数据分析系统；入射光首先通过可调谐法布里-珀罗滤波器滤波，其输出光束通过可调谐声光滤波器滤波，其输出的两束偏振态相互垂直并具有一定分离夹角的线偏振光束分别由第一光电探测器和第二光电探测器接收；所述的系统控制和数据分析系统分别与可调谐法布里-珀罗滤波器、可调谐声光滤波器、第一光电探测器和第二光电探测器相连接以实现光学频谱分析设备对入射光的功率和光谱的检测功能。

而且，所述的可调谐法布里-珀罗滤波器包括前后依次安装起来的第一液晶盒、第二液晶盒和可调谐法布里-珀罗滤波器的驱动电路，两个液晶盒均包括依次安装一起的第一片光学透明材料、液晶材料和第二片光学透明材料，第一液晶盒的第二片光学透明材料与第二液晶盒的第一片光学透明材料安装在一起，在第一液晶盒的第一片光学透明材料上设置高反射率多层介质膜构成第一反射镜，在第二液晶盒的第二片光学透明材料上设置高反射率多层介质膜构成第二反射镜，两个液晶盒内的液晶材料的光轴相互垂直并设置在由第一反射镜和第二反射镜构成的法布里-珀罗腔内，所述可调谐法布里-珀罗滤波器的驱动电路与两个液晶盒相连接并通过控制液晶材料的有效折射率实现滤波器的调谐功能，该可调谐法布里-珀罗滤波器的驱动电路与系统控制和数据分析系统相连接。