[发明专利]一种基于相位调制的宽带光纤光谱仪

说明书

本发明公开了一种基于相位调制的宽带光纤光谱仪，包括依次设置的保偏光纤、光纤准直器A、相位调制器件、光纤准直器B、多模光纤、CCD图像传感器和计算机，光纤准直器A设置于保偏光纤的出光口，相位调制器件对来自光纤准直器A的入射光进行相位调制，光纤准直器B设置于多模光纤的入光口，多模光纤的出光口对准CCD图像传感器，CCD图像传感器与计算机电连接。本发明采用上述结构的一种基于相位调制的宽带光纤光谱仪，用于克服光纤光谱仪中存在的光谱分辨率与测量带宽相互制约的问题。

技术领域

本发明涉及光纤光谱仪技术领域，尤其是涉及一种基于相位调制的宽带光纤光谱仪。

背景技术

光谱分析技术在环境监测、食药检测、农业、生物医疗等领域有着重要应用。近年来，得益于光学散射技术的发展和光谱重构理论的建立，基于散斑检测的光谱仪得以面世。其工作原理是：散射元件将不同波长的光以不同比例散射到不同探测单元，各个探测单元上的探测信息可以构建一组光强信号，即散斑。由于入射光波长与散斑间存在一一对应关系，因此通过识别散斑能够获得波长信息。其本质是利用散射元件建立频域与空域的一对多映射关系。当输入光为多波长时，输出图像是每个单色波长产生散斑的叠加。利用重构算法对散斑进行识别并计算相应权重，获得入射光各波长的强度信息，进而恢复光谱。

多模光纤散斑光谱仪结构简单，且可获得高分辨率和高光学效率，在兼顾微型化和高性能方面表现出巨大潜力，但此类光纤光谱仪存在带宽与分辨率相互制约的关系。光纤光谱仪的带宽为光谱通道数量与分辨率的乘积，且光谱通道数量受限于散斑中独立的空间通道数量。增加多模光纤的长度可以增加各模式间的相位差，使得不同波长的散斑去相关性增强，从而提高分辨率。但一个散斑中独立的空间通道数量与光谱通道数量是一定的，因此提高分辨率的同时也会减小带宽范围，这种制约关系使其难以同时满足高分辨率和大工作带宽的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于相位调制的宽带光纤光谱仪，用于克服光纤光谱仪中存在的光谱分辨率与测量带宽相互制约的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于相位调制的宽带光纤光谱仪，包括依次设置的保偏光纤、光纤准直器A、相位调制器件、光纤准直器B、多模光纤、CCD图像传感器和计算机，所述光纤准直器A设置于所述保偏光纤的出光口，所述相位调制器件对来自所述所述光纤准直器A的入射光进行相位调制，所述相位调制器件包括位于所述入射光路径上的两个透镜、空间光调制器以及位于出射光路径上的两个透镜，位于所述出射光调制路径上的两个所述透镜之间设置有光阑，所述出射光射入所述光纤准直器B，所述光纤准直器B设置于所述多模光纤的入光口，所述多模光纤的出光口对准所述CCD图像传感器，所述CCD图像传感器与所述计算机电连接。

优选的，所述空间光调制器为纯相位空间光调制器。

优选的，所述保偏光纤的长度不小于1m。

优选的，所述多模光纤的长度不小于1m。

因此，本发明采用上述结构的一种基于相位调制的宽带光纤光谱仪，通过空间光调制器加载不同的相位调制图案对入射光产生不同的相位调制效果，同一波长的入射光经过不同的相位调制后能够可控地产生不相关的散斑图案。K组不相关的散斑图案使同一波长下散斑独立的空间通道数量增大K倍，从而使可测量的光谱通道数量也增大K倍，也就是测量带宽增大K倍，并且不以牺牲光谱分辨率为前提。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种基于相位调制的宽带光纤光谱仪实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的相位调制结果示意图。

附图标记

1、保偏光纤；2、光纤准直器A；3、相位调制器件；4、透镜；5、空间光调制器；6、光阑；7、多模光纤；8、CCD图像传感器；9、计算机；10、光纤准直器B。