一種針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法及裝置，使用三個(gè)光纖準(zhǔn)直器和一個(gè)長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片，超連續(xù)光源通過(guò)尾纖輸出的超連續(xù)光譜通過(guò)一個(gè)光纖準(zhǔn)直器被準(zhǔn)直，進(jìn)而入射至長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片上，根據(jù)長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片的截止波長(zhǎng)分為長(zhǎng)波和短波兩個(gè)部分被長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片透射或反射，透射或反射出的兩路光再分別各經(jīng)過(guò)一個(gè)光纖準(zhǔn)直器耦合入待測(cè)物中，再分別采用對(duì)應(yīng)量程的兩個(gè)光譜儀同時(shí)分別測(cè)量待測(cè)物的透射光譜。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在超連續(xù)光源整個(gè)光譜范圍內(nèi)同時(shí)使用光柵光譜儀進(jìn)行超寬帶無(wú)縫測(cè)量。本發(fā)明的裝置不需要在每次測(cè)量之前調(diào)節(jié)光路更換不同的窄帶濾光片，既省時(shí)省力，降低了成本，又增加了裝置的穩(wěn)定性和可靠性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光譜分束測(cè)量方法及裝置。特別是涉及一種利用體光學(xué)器件將超 連續(xù)光譜長(zhǎng)短波成分進(jìn)行分束以便于在整個(gè)光譜范圍內(nèi)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量的針對(duì)超連續(xù)光源 的光譜分束測(cè)量方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 光脈沖在非線性介質(zhì)中的傳輸過(guò)程，不僅受到諸如自相位調(diào)制（SPM)、交叉相位調(diào) 制（XPM)、四波混頻（FWM)、受激喇曼散射（SRS)和受激布里淵散射（SBS)等多種非線性效 應(yīng)的影響，也受到介質(zhì)色散特性的影響。在非線性效應(yīng)與色散的共同作用下，新的頻率分量 得以產(chǎn)生。對(duì)于足夠強(qiáng)的脈沖，其光譜能夠被展寬數(shù)百納米以上，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為超連續(xù)光 譜的產(chǎn)生。
[0003] 超連續(xù)光源能輸出超寬光譜激光，其在生物、醫(yī)學(xué)、物理、國(guó)防和工業(yè)等對(duì)低相干 光源或光譜分析有高要求的領(lǐng)域上有著重要的應(yīng)用。在光譜分析應(yīng)用中，由于超連續(xù)光源 能夠輸出超過(guò)一個(gè)甚至數(shù)個(gè)倍頻程的極寬光譜，所以一臺(tái)超連續(xù)光源就可以替代之前數(shù)個(gè) 不同波段的窄帶光源，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)光源的復(fù)雜度。
[0004] 然而，從光譜測(cè)量方面來(lái)看，現(xiàn)階段主要使用的設(shè)備是光柵光譜儀。相對(duì)于超連續(xù) 光源的光譜帶寬來(lái)說(shuō)，光柵光譜儀的量程十分有限，一般為一個(gè)倍頻程左右，比如：兩種常 用光柵光譜儀的量程分別為600-1700nm和1200-2400nm。特別是接近于中紅外區(qū)的2微米 波段，市場(chǎng)上幾乎只有量程為1200-2400nm這一種光譜儀可供選擇。
[0005] 根據(jù)光柵方程sing-sin必=/W/(/TA)可知，長(zhǎng)波長(zhǎng)光信號(hào)的低級(jí)次衍射將與短 波長(zhǎng)光信號(hào)的相應(yīng)高級(jí)次衍射完全重合，無(wú)法分開(kāi)。例如：波長(zhǎng)為2100nm的光入射進(jìn)光 柵光譜儀中，其一級(jí)衍射會(huì)與波長(zhǎng)為1050nm光的二級(jí)衍射、波長(zhǎng)為700nm光的三級(jí)衍射以 及以此類(lèi)推更短波長(zhǎng)的更高級(jí)次衍射光完全重合。其后果是即使實(shí)際上并沒(méi)有2100nm的 光進(jìn)入光譜儀而僅有上述提及的短波長(zhǎng)光進(jìn)入到光譜儀中，光譜儀也會(huì)顯示測(cè)得了波長(zhǎng)為 2100nm的光信號(hào)，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。
[0006] 更進(jìn)一步地，現(xiàn)有超連續(xù)光源大多使用工作在1微米波段的摻鐿光纖鎖模激光器 作為種子光源，經(jīng)放大后泵浦非線性光纖產(chǎn)生超連續(xù)光譜。這使得超連續(xù)光譜的短波部分 尤其是1微米波段的光強(qiáng)強(qiáng)于長(zhǎng)波部分。加之超連續(xù)光譜的短波部分已明顯短于光譜儀量 程的短波限1200nm。最終的結(jié)果是在較強(qiáng)的1微米波段光信號(hào)以及光譜儀的超量程使用這 二者共同作用下，測(cè)量結(jié)果的長(zhǎng)波部分，尤其是在2微米波段，上述測(cè)量誤差被進(jìn)一步加劇 了。
[0007] 目前，在應(yīng)用超連續(xù)光源進(jìn)行光譜分析應(yīng)用時(shí)，解決上述問(wèn)題的主要方法是根據(jù) 應(yīng)用的波段采用相應(yīng)的窄帶濾光片濾出相應(yīng)的光譜成分。然而，這種方法的劣勢(shì)也是顯而 易見(jiàn)的。一方面，處于窄帶濾光片截止帶內(nèi)的光譜成分將被完全損耗掉，不能應(yīng)用。這不僅 極大浪費(fèi)了超連續(xù)光源的光譜寬度，也削弱了其較傳統(tǒng)窄帶光源而言的優(yōu)勢(shì)。另一方面，為 了滿足超寬帶測(cè)量的需求，上述方案必定需要數(shù)個(gè)窄帶濾光片，不僅增加了裝置的成本，而 且每次更換窄帶濾光片都需要重新調(diào)節(jié)光路，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
[0008] 例如：在利用超連續(xù)光源測(cè)量光纖光柵的應(yīng)用中，如果有中心波長(zhǎng)分別為1.5微 米和2微米左右的兩根光纖光柵需要測(cè)量。按照上述解決方案需要準(zhǔn)備中心波長(zhǎng)分別為 1. 5微米和2微米的兩個(gè)窄帶濾光片分兩次測(cè)量，且每次測(cè)量前都需要重新調(diào)整光路。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠充分利用超連續(xù)光源全部波段進(jìn)行 實(shí)時(shí)測(cè)量、不需要在每次測(cè)量之前調(diào)節(jié)光路更換不同的窄帶濾光片，并且能夠增加裝置的 穩(wěn)定性和可靠性的針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法及裝置。
[0010] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法，使用三 個(gè)光纖準(zhǔn)直器和一個(gè)長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片，超連續(xù)光源通過(guò)尾纖輸出的超連續(xù)光 譜通過(guò)一個(gè)光纖準(zhǔn)直器被準(zhǔn)直，進(jìn)而入射至長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片上，根據(jù)長(zhǎng)波通 濾光片或短波通濾光片的截止波長(zhǎng)分為長(zhǎng)波和短波兩個(gè)部分被長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾 光片透射或反射，透射或反射出的兩路光再分別各經(jīng)過(guò)一個(gè)光纖準(zhǔn)直器耦合入待測(cè)物中， 再分別采用對(duì)應(yīng)量程的兩個(gè)光譜儀同時(shí)分別測(cè)量待測(cè)物的透射光譜。
[0011] 所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片的截止波長(zhǎng)大于測(cè)量長(zhǎng)波部分光譜所用光譜 儀的量程短波限。
[0012] 一種用于針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法的裝置，包括有第一光纖準(zhǔn)直器、 第二光纖準(zhǔn)直器、第三光纖準(zhǔn)直器和長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片，所述的第一光纖準(zhǔn)直 器的光入射端通過(guò)光纖連接超連續(xù)光源，所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片設(shè)置在所述第 一光纖準(zhǔn)直器的輸出光路上，所述第二光纖準(zhǔn)直器設(shè)置在所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光 片的反射光路上，所述第三光纖準(zhǔn)直器設(shè)置在所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片的透射光 路上，所述的第二光纖準(zhǔn)直器的光輸出端連接第一待測(cè)物，所述的第三光纖準(zhǔn)直器的光輸 出端連接第二待測(cè)物，所述第一待測(cè)物的光輸出端連接第一光譜儀，所述第二待測(cè)物的光 輸出端連接第二光譜儀。
[0013] 所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片的截止波長(zhǎng)大于分別使用長(zhǎng)波通濾光片或短 波通濾光片時(shí)用于測(cè)量長(zhǎng)波部分光譜的第二光譜儀或第一光譜儀的量程短波限。
[0014] 本發(fā)明的一種針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法及裝置，不僅充分利用了超連 續(xù)光源的整個(gè)光譜帶寬，使得同時(shí)測(cè)量不同波段待測(cè)物的光譜成為可能；實(shí)現(xiàn)了在超連續(xù) 光源整個(gè)光譜范圍內(nèi)同時(shí)使用光柵光譜儀進(jìn)行超寬帶無(wú)縫測(cè)量。使用本發(fā)明的裝置也不需 要在每次測(cè)量之前調(diào)節(jié)光路更換不同的窄帶濾光片，既省時(shí)省力，降低了成本，又增加了裝 置的穩(wěn)定性和可靠性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為第一光譜儀對(duì)1. 5微米波段的第一待測(cè)光纖光柵測(cè)量得到的結(jié)果；
[0017] 圖3為第二光譜儀對(duì)2微米波段的第二待測(cè)光纖光柵測(cè)量得到的結(jié)果。
[0018] 圖中
[0019] 1:第一光纖準(zhǔn)直器2:第二光纖準(zhǔn)直器
[0020] 3 :第三光纖準(zhǔn)直器4 :長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片
[0021] 5:第一待測(cè)物 6:第二待測(cè)物
[0022] 7 :第一光譜儀 8 :第二光譜儀
[0023] 9 :超連續(xù)光源 10 :光纖

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法及 裝置做出詳細(xì)說(shuō)明。
[0025] 本發(fā)明的一種針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法及裝置，通過(guò)體光學(xué)器件將超 連續(xù)光譜分為長(zhǎng)短波兩部分分別應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)在超連續(xù)光源整個(gè)光譜范圍內(nèi)同時(shí)使用光 柵光譜儀進(jìn)行超寬帶無(wú)縫測(cè)量這一目標(biāo)。
[0026] 本發(fā)明的一種針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束方法，是使用三個(gè)光纖準(zhǔn)直器和一個(gè)長(zhǎng) 波通濾光片或短波通濾光片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，超連續(xù)光源通過(guò)尾纖輸出的超連續(xù)光譜通過(guò)一個(gè)光 纖準(zhǔn)直器被準(zhǔn)直，進(jìn)而入射至長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片上，根據(jù)長(zhǎng)波通濾光片或短波 通濾光片的截止波長(zhǎng)分為長(zhǎng)波和短波兩個(gè)部分被長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片透射或反 射，透射或反射出的兩路光再分別經(jīng)過(guò)一個(gè)光纖準(zhǔn)直器耦合入待測(cè)物中，最后分別采用對(duì) 應(yīng)量程的兩個(gè)光譜儀同時(shí)分別測(cè)量待測(cè)物的透射光譜。其中，所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通 濾光片的截止波長(zhǎng)大于測(cè)量長(zhǎng)波部分光譜所用光譜儀的量程短波限。
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明的用于針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束方法的裝置，包括有第一 光纖準(zhǔn)直器1、第二光纖準(zhǔn)直器2、第三光纖準(zhǔn)直器3和長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片4,所 述的第一光纖準(zhǔn)直器1的光入射端通過(guò)光纖10連接超連續(xù)光源9,所述長(zhǎng)波通濾光片或短 波通濾光片4設(shè)置在所述第一光纖準(zhǔn)直器1的輸出光路上，并且，所述的長(zhǎng)波通濾光片或短 波通濾光片4與所述的第一光纖準(zhǔn)直器1的輸出光路，以及長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片 4的反射光路與所述的第一光纖準(zhǔn)直器1的輸出光路根據(jù)測(cè)量需要以及濾光片特性可以設(shè) 置成一定的角度，如第一光纖準(zhǔn)直器的輸出光路以20度的入射角入射至長(zhǎng)波通濾光片或 短波通濾光片4上，即長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片4的反射光路與所述的第一光纖準(zhǔn)直 器1的輸出光路呈40度夾角。
[0028] 所述第二光纖準(zhǔn)直器2設(shè)置在所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片4的反射光路 上，所述第三光纖準(zhǔn)直器3設(shè)置在所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片4的透射光路上，所述 的第二光纖準(zhǔn)直器2的光輸出端連接第一待測(cè)物5,所述的第三光纖準(zhǔn)直器3的光輸出端連 接第二待測(cè)物6,所述第一待測(cè)物5的光輸出端連接第一光譜儀7,所述第二待測(cè)物6的光 輸出端連接第二光譜儀8。所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片4的截止波長(zhǎng)大于分別使用 長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片4時(shí)用于測(cè)量長(zhǎng)波部分光譜的第二光譜儀8或第一光譜儀7 的量程短波限。
[0029] 本發(fā)明在具體實(shí)施例中使用的超連續(xù)光源輸出光譜帶寬為800_2100nm，超連續(xù)光 譜通過(guò)尾纖輸出后經(jīng)過(guò)反射式的第一光纖準(zhǔn)直器變?yōu)闇?zhǔn)直光，并以20度的入射角入射至 長(zhǎng)波通濾光片上。長(zhǎng)波通濾光片的截止波長(zhǎng)為1700nm，大于測(cè)量長(zhǎng)波部分所用光柵光譜 儀量程的短波限1200nm。這樣，超連續(xù)光源輸出的超寬光譜將以1700nm為界分成兩束， 800-1700nm的部分將被反射至第二光纖準(zhǔn)直器中，1700-2100nm的部分將透射至第三光纖 準(zhǔn)直器中。第二光纖準(zhǔn)直器和第三光纖準(zhǔn)直器分別將兩束光耦合入光纖內(nèi)，傳輸至第一待 測(cè)物和第二待測(cè)物。最后，用量程為600-1700nm和1200-2400nm的兩個(gè)光譜儀分別同時(shí)測(cè) 量第一待測(cè)物和第二待測(cè)物的透射光譜，可以分別得到如圖2和圖3所示的結(jié)果。第一待測(cè) 物和第二待測(cè)物分別為1. 5微米和2微米波段的光纖光柵，從圖中可以讀出二者的中心波 長(zhǎng)、反射率以及帶寬等參數(shù)。其中的第一待測(cè)物和第二待測(cè)物可以是光纖光柵、塊狀晶體、 生物組織薄片等透光物體。
[0030] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例 序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0031] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法，其特征在于，使用三個(gè)光纖準(zhǔn)直器和一 個(gè)長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片，超連續(xù)光源通過(guò)尾纖輸出的超連續(xù)光譜通過(guò)一個(gè)光纖準(zhǔn) 直器被準(zhǔn)直，進(jìn)而入射至長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片上，根據(jù)長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾 光片的截止波長(zhǎng)分為長(zhǎng)波和短波兩個(gè)部分被長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片透射或反射，透 射或反射出的兩路光再分別各經(jīng)過(guò)一個(gè)光纖準(zhǔn)直器耦合入待測(cè)物中，再分別采用對(duì)應(yīng)量程 的兩個(gè)光譜儀同時(shí)分別測(cè)量待測(cè)物的透射光譜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法，其特征在于，所 述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片的截止波長(zhǎng)大于測(cè)量長(zhǎng)波部分光譜所用光譜儀的量程短 波限。
3. -種用于權(quán)利要求1所述針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法的裝置，包括有第一 光纖準(zhǔn)直器（1)、第二光纖準(zhǔn)直器（2)、第三光纖準(zhǔn)直器（3)和長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光 片（4)，其特征在于，所述的第一光纖準(zhǔn)直器（1)的光入射端通過(guò)光纖（10)連接超連續(xù)光 源（9)，所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片（4)設(shè)置在所述第一光纖準(zhǔn)直器（1)的輸出光路 上，所述第二光纖準(zhǔn)直器（2)設(shè)置在所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片（4)的反射光路上， 所述第三光纖準(zhǔn)直器（3)設(shè)置在所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片（4)的透射光路上，所 述的第二光纖準(zhǔn)直器（2)的光輸出端連接第一待測(cè)物（5)，所述的第三光纖準(zhǔn)直器（3)的光 輸出端連接第二待測(cè)物￠)，所述第一待測(cè)物（5)的光輸出端連接第一光譜儀（7)，所述第 二待測(cè)物￠)的光輸出端連接第二光譜儀（8)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于針對(duì)超連續(xù)光源的光譜分束測(cè)量方法的裝置，其特征在 于，所述長(zhǎng)波通濾光片或短波通濾光片（4)的截止波長(zhǎng)大于分別使用長(zhǎng)波通濾光片或短波 通濾光片（4)時(shí)用于測(cè)量長(zhǎng)波部分光譜的第二光譜儀（8)或第一光譜儀（7)的量程短波 限。
【文檔編號(hào)】G01N21/01GK104237141SQ201410504608
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】劉博文, 黃昊, 宋寰宇, 胡明列, 王清月 申請(qǐng)人:天津大學(xué)