專利名稱：基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖測(cè)量技術(shù)。
背景技術(shù)：
光譜特性是反映光學(xué)儀器的重要參數(shù)之一，現(xiàn)有技術(shù)中光譜探測(cè)都是在頻域?qū)崿F(xiàn)的。現(xiàn)有的光譜探測(cè)系統(tǒng)中寬帶連續(xù)光打到分光色散元件上，分光色散元件在各個(gè)波長(zhǎng)處移動(dòng)，探測(cè)器根據(jù)連續(xù)光在各個(gè)波長(zhǎng)處的能量不同，從而分辨出光譜特征。基于頻域?qū)崿F(xiàn)的系統(tǒng)無法對(duì)串行復(fù)用的法-珀干涉儀等被測(cè)光學(xué)器件進(jìn)行光譜探測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠?qū)Υ袕?fù)用的被測(cè)光學(xué)器件進(jìn)行光譜探測(cè)的，基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)，包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、反射裝置、探測(cè)裝置、被測(cè)光學(xué)器件；寬帶光脈沖發(fā)生裝置與反射裝置相連，反射裝置與被測(cè)光學(xué)器件相連，被測(cè)光學(xué)器件與探測(cè)裝置相連；所述反射裝置包括η個(gè)在空間上不同位置的反射單元，各反射單元反射不同波長(zhǎng)的光脈沖，η為2以上的整數(shù)；所述寬帶光脈沖發(fā)生裝置，用于生成的寬帶光脈沖，并將寬帶光脈沖送入反射裝置；所述反射裝置，用于將接收到寬帶光脈沖經(jīng)不同位置的反射單元的反射后，形成在時(shí)域上不同位置對(duì)應(yīng)了不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)的光脈沖串，并將該脈沖串送入被測(cè)光學(xué)器件; 反射裝置中各反射單元反射的光脈沖的波長(zhǎng)在寬帶光脈沖的波長(zhǎng)范圍中；所述探測(cè)裝置，用于檢測(cè)經(jīng)被測(cè)光學(xué)器件反射或透射的光脈沖串中每個(gè)脈沖的光強(qiáng)，從而得到被測(cè)光學(xué)器件的光譜。本發(fā)明系統(tǒng)中寬帶光脈沖經(jīng)反射裝置后形成時(shí)域上的離散的光脈沖串入射到被測(cè)光學(xué)器件中，從而在時(shí)域上實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)光學(xué)器件的光譜信息的分辨。由于本發(fā)明系統(tǒng)可以測(cè)得不同空間位置，同一譜帶的光譜特征，從而能對(duì)串行復(fù)用的被測(cè)光學(xué)器件進(jìn)行光譜探測(cè)。具體的，反射裝置為串行反射裝置或并行反射裝置。串行反射裝置由各反射單元串聯(lián)形成。并行反射裝置由各反射單元并聯(lián)形成，且各并聯(lián)反射單元入射到被測(cè)光學(xué)器件的距離不同。進(jìn)一步，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的多級(jí)擴(kuò)展，系統(tǒng)還包括分束器，以及2組以上的反射裝置、被測(cè)光學(xué)器件以及探測(cè)裝置；所述分束器的輸入端與寬帶光脈沖發(fā)生裝置相連，分束器的各輸出端連接對(duì)應(yīng)的反射裝置。經(jīng)多級(jí)擴(kuò)展的系統(tǒng)的測(cè)量速度可大大提升，由毫秒量級(jí)提高到微秒量級(jí)。本發(fā)明的有益效果是，提供一種新的基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)串行復(fù)用的被測(cè)光學(xué)器件的光譜檢測(cè)。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；圖2為被測(cè)光學(xué)器件的示意圖；圖3為實(shí)施例1的示意圖；圖4為實(shí)施例2的示意圖；圖5為實(shí)施3的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、反射裝置、探測(cè)裝置、被測(cè)光學(xué)器件；寬帶光脈沖發(fā)生裝置與反射裝置相連，反射裝置與被測(cè)光學(xué)器件相連，被測(cè)光學(xué)器件與探測(cè)裝置相連。寬帶光脈沖發(fā)生裝置中，由普通寬帶光源經(jīng)過外調(diào)制，或多波長(zhǎng)激光光源經(jīng)過內(nèi)調(diào)制或外調(diào)制成光脈沖后生成寬帶光脈沖，并送入反射裝置；反射裝置是由反射波長(zhǎng)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并行的； 反射裝置將接收到寬帶光脈沖經(jīng)不同位置的反射單元的反射后，形成在時(shí)域上不同位置對(duì)應(yīng)了不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)的光脈沖串，并將該脈沖串送入被測(cè)光學(xué)器件；反射裝置中各反射單元反射的光脈沖的波長(zhǎng)在寬帶光脈沖的波長(zhǎng)范圍中；經(jīng)被測(cè)光學(xué)器件反射或透射的光脈沖串送入探測(cè)裝置；探測(cè)裝置檢測(cè)經(jīng)被測(cè)光學(xué)器件反射或透射的光脈沖串中每個(gè)脈沖的光強(qiáng)，從而得到被測(cè)光學(xué)器件的光譜。探測(cè)裝置包括探測(cè)器、PC機(jī)，探測(cè)器用于被測(cè)光學(xué)器件的光譜探測(cè)，并將光譜探測(cè)得到的數(shù)據(jù)輸入至PC機(jī)，PC機(jī)用于處理并顯示光譜探測(cè)結(jié)果。被測(cè)光學(xué)器件為法-珀干涉儀、邁克爾遜干涉儀、環(huán)形腔干涉儀、馬赫曾德干涉儀、長(zhǎng)周期光纖光柵(LPre)、或布拉格光纖光柵(FBG)。法-珀干涉儀、布拉格光纖光柵、邁克爾遜干涉儀、環(huán)形腔干涉儀為反射光脈沖。如圖2(a)、(b)、(c)、(d)所示，分別為串行復(fù)用的法-珀干涉儀、布拉格光纖光柵，邁克爾遜干涉儀和環(huán)形腔干涉儀；長(zhǎng)周期光纖光柵、 馬赫曾德干涉儀為透射光脈沖，分別如圖2(e)、(f)所示。當(dāng)被測(cè)光學(xué)器件是反射光脈沖時(shí)，被測(cè)光學(xué)器件的光脈沖的輸入端與輸出端相同，如圖1(a)所示；當(dāng)被測(cè)光學(xué)器件是透射光脈沖時(shí)，被測(cè)光學(xué)器件的光脈沖的輸入端與輸出端分別在被測(cè)光學(xué)器件的兩端，如圖 1(b)所示。實(shí)施例1如圖3所示，系統(tǒng)包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、環(huán)形器、反射裝置、被測(cè)光學(xué)器件、探測(cè)裝置。本實(shí)施例的環(huán)形器為四端口環(huán)形器。寬帶光脈沖發(fā)生裝置為整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)提供光能輸入，寬帶光脈沖發(fā)生裝置生成的寬帶光脈沖接入環(huán)形器的1端口，環(huán)形器的2端口與反射裝置相連。本實(shí)例使用高反射率的 FBG作為反射單元，反射裝置由η個(gè)反射單元(隊(duì)、1 2、1 3、…、Rn)串聯(lián)而成。η的取值由實(shí)際需要的光譜檢測(cè)的波長(zhǎng)分辨率決定。η越大，波長(zhǎng)間隔越小，所檢測(cè)到的光譜特征中波長(zhǎng)的分辨率越高，F(xiàn)BG只能透過某一特定波長(zhǎng)的光波，反射單元中各FBG反射不同波長(zhǎng)的光脈沖，從而形成一系列中心波長(zhǎng)不同的窄帶光學(xué)濾波器。被測(cè)光學(xué)器件的反射波長(zhǎng)范圍(入”λη)要小于寬帶脈沖光源的波長(zhǎng)范圍。比如，反射裝置由8個(gè)中心波長(zhǎng)間隔4nm的FBG串聯(lián)而成，被測(cè)光學(xué)器件的反射波長(zhǎng)范圍為32nm，寬帶光脈沖發(fā)生裝置生成的寬帶光脈沖的波長(zhǎng)范圍應(yīng)大于32nm。串聯(lián)的各反射單元與被測(cè)光學(xué)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)大于AT/(10ns)即可，其中ΔΤ為寬帶脈沖寬度。環(huán)形器1的3端口連接被測(cè)光學(xué)器件，經(jīng)反射裝置反射形成的在時(shí)域上不同位置對(duì)應(yīng)了不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)的光脈沖串反射回2端口，并從3端口入射至被測(cè)光學(xué)器件。被測(cè)光學(xué)器件為串行復(fù)用的法-珀干涉儀，各法-珀干涉儀反射回的光脈沖先回到3端口，再從4端口入射至探測(cè)裝置，探測(cè)器通過探測(cè)被測(cè)光學(xué)器件反射的光脈沖串中每個(gè)脈沖的光強(qiáng)，得到串行復(fù)用的法-珀干涉儀的光譜數(shù)據(jù)，再輸入至PC機(jī)，從PC機(jī)顯示探測(cè)到的光譜。實(shí)施例2如圖4所示，系統(tǒng)包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、環(huán)形器、被測(cè)光學(xué)器件、反射裝置、探測(cè)裝置。寬帶光脈沖發(fā)生裝置為整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)提供光能輸入，寬帶光脈沖發(fā)生裝置生成的寬帶光脈沖接入環(huán)形器的1端口，環(huán)形器的2端口與反射裝置相連。本實(shí)例的反射裝置由波分復(fù)用器(WDM)外接η個(gè)與波分復(fù)用器距離不同的反射鏡構(gòu)成，波分復(fù)用器將寬帶光脈沖分離為η種波長(zhǎng)的光脈沖，再經(jīng)反射鏡反射回波分復(fù)用器，由波分復(fù)用器輸出在時(shí)域上不同位置對(duì)應(yīng)了不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)的光脈沖串。各反射鏡與波分復(fù)用器距離滿足Ln> . . . L3 > L2 > L1，且(Li-LiJ > Δ T/(10ns), i = 2,…，η，Δ T為寬帶脈沖寬度。環(huán)形器的3端口連接被測(cè)光學(xué)器件，經(jīng)反射裝置反射形成的在時(shí)域上不同位置對(duì)應(yīng)了不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)的光脈沖串反射回2端口，并從3端口入射至被測(cè)光學(xué)器件。被測(cè)光學(xué)器件為長(zhǎng)周期光纖光柵，經(jīng)長(zhǎng)周期光纖光柵透射的光脈沖入射至探測(cè)裝置。實(shí)施例3如圖5所示，系統(tǒng)包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、分束器、N組環(huán)形器、被測(cè)光學(xué)器件、 反射裝置以及探測(cè)裝置，N為大于等于2的正整數(shù)。在實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以使用四端口、甚至更多端口數(shù)的環(huán)形器、三端口環(huán)形器、或者光纖耦合器來完成寬帶光脈沖發(fā)生裝置、被測(cè)光學(xué)器件、反射裝置以及探測(cè)裝置之間的光傳輸。目前常用的環(huán)形器為三端口環(huán)形器，當(dāng)被測(cè)光學(xué)器件為反射器件時(shí)，則需要2個(gè)三端口環(huán)形器來完成一組被測(cè)光學(xué)器件的探測(cè)。比如，在對(duì)被測(cè)光學(xué)器件1進(jìn)行探測(cè)時(shí)，使用環(huán)形器1、環(huán)形器2來傳輸光信號(hào)。分束器的輸出端與環(huán)形器1的1端口相連，環(huán)形器1的2端口與反射裝置相連，環(huán)形器1的3端口與環(huán)形器2的 1端口相連，環(huán)形器2的2端口與被測(cè)光學(xué)器件相連，環(huán)形器2的3端口與探測(cè)裝置相連。 本實(shí)施例系統(tǒng)能夠同時(shí)對(duì)多組被測(cè)光學(xué)器件進(jìn)行光譜探測(cè)。分束器的輸入端與寬帶光脈沖發(fā)生裝置相連，分束器的各輸出端通過環(huán)形器連接對(duì)應(yīng)的反射裝置。被測(cè)光學(xué)器件連接至環(huán)形器的與反射裝置相連的下一個(gè)端口。當(dāng)被測(cè)光學(xué)器件為反射器件時(shí)，探測(cè)裝置連接至環(huán)形器的與被測(cè)光學(xué)器件相連的下一個(gè)端口。當(dāng)被測(cè)光學(xué)器件為透射器件時(shí)，探測(cè)裝置連接至被測(cè)光學(xué)器件的另一端。系統(tǒng)的測(cè)量速度可大大提升，由毫秒量級(jí)提高到微秒量級(jí)。
權(quán)利要求
1.基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括寬帶光脈沖發(fā)生裝置、反射裝置、探測(cè)裝置、被測(cè)光學(xué)器件；寬帶光脈沖發(fā)生裝置與反射裝置相連，反射裝置與被測(cè)光學(xué)器件相連，被測(cè)光學(xué)器件與探測(cè)裝置相連；所述反射裝置包括η個(gè)在空間上不同位置的反射單元， 各反射單元反射不同波長(zhǎng)的光脈沖，η為2以上的整數(shù)；所述寬帶光脈沖發(fā)生裝置，用于生成寬帶光脈沖，并將寬帶光脈沖送入反射裝置；所述反射裝置，用于將接收到的寬帶光脈沖經(jīng)不同位置的反射單元反射，形成在時(shí)域上不同位置對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)的光脈沖串，并將該脈沖串送入被測(cè)光學(xué)器件；反射裝置中各反射單元反射的光脈沖的波長(zhǎng)在寬帶光脈沖的波長(zhǎng)范圍中；所述探測(cè)裝置，用于檢測(cè)經(jīng)被測(cè)光學(xué)器件反射或透射的光脈沖串中各脈沖的光強(qiáng)，從而得到被測(cè)光學(xué)器件的光譜。
2.如權(quán)利要求1所述基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述反射裝置為串行反射裝置或并行反射裝置；所述串行反射裝置由各反射單元串聯(lián)形成；所述并行反射裝置由各反射單元并聯(lián)形成，且各并聯(lián)反射單元入射到被測(cè)光學(xué)器件的距離不同。
3.如權(quán)利要求2所述基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述反射裝置由η個(gè)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于ΔΤ/aOns)，其中AT為寬帶脈沖寬度。
4.如權(quán)利要求2所述基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述反射裝置由波分復(fù)用器外接η個(gè)與波分復(fù)用器距離不同的反射鏡組成，兩相鄰相反射鏡到波分復(fù)用器的距離大于Δ T/(10ns)，其中Δ T為寬帶脈沖寬度。
5.如權(quán)利要求1所述基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，被測(cè)光學(xué)器件為反射光學(xué)器件或透射光學(xué)器件；當(dāng)被測(cè)光學(xué)器件是反射光學(xué)器件時(shí)，被測(cè)光學(xué)器件的光脈沖的輸入端與輸出端相同；當(dāng)被測(cè)光學(xué)器件是透射光學(xué)器件時(shí)，被測(cè)光學(xué)器件的光脈沖的輸入端與輸出端分別在被測(cè)光學(xué)器件的兩端。
6.如權(quán)利要求5所述基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述反射光學(xué)器件為法-珀干涉儀、布拉格光纖光柵、邁克爾遜干涉儀、或環(huán)形腔干涉儀；所述透射光學(xué)器件為長(zhǎng)周期光纖光柵、馬赫曾德干涉儀。
7.如權(quán)利要求1所述基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括分束器，以及2組以上的反射裝置、被測(cè)光學(xué)器件以及探測(cè)裝置；所述分束器的輸入端與寬帶光脈沖發(fā)生裝置相連，分束器的各輸出端連接對(duì)應(yīng)的反射裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠?qū)Υ袕?fù)用的被測(cè)光學(xué)器件進(jìn)行光譜探測(cè)的，基于時(shí)域的光譜探測(cè)系統(tǒng)中反射裝置包括n個(gè)在空間上不同位置的反射單元，各反射單元反射不同波長(zhǎng)的光脈沖，n為2以上的整數(shù)；寬帶光脈沖發(fā)生裝置生成的寬帶光脈沖送入反射裝置；反射裝置將接收到寬帶光脈沖經(jīng)不同位置的反射單元的反射后，形成在時(shí)域上不同位置對(duì)應(yīng)了不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)的光脈沖串；探測(cè)裝置檢測(cè)經(jīng)被測(cè)光學(xué)器件反射或透射的光脈沖串中每個(gè)脈沖的光強(qiáng)，從而得到被測(cè)光學(xué)器件的光譜。本發(fā)明系統(tǒng)中寬帶光脈沖經(jīng)反射裝置后形成時(shí)域上的離散的光脈沖串入射到被測(cè)光學(xué)器件中，從而在時(shí)域上實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)光學(xué)器件的光譜信息的分辨。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102445326SQ20111027967
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者倪敏, 冉曾令 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)