[發明專利]光譜分析儀

有效

• 申請號: 01803459.4
• 申請日: 2001-01-04
• 公開（公告）號: CN1394275A
• 公開（公告）日: 2003-01-29
• 發明（設計）人: 何剛;D·加里皮;G·W·希恩
• 申請（專利權）人: 埃科斯弗電光工程公司
• 主分類號: G01J3/12
• 分類號: G01J3/12;G01J4/02;G01J3/447
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 楊曉光,于靜

技術領域

本發明涉及采用衍射光柵的光譜分析儀和單色儀。本發明特別適用于這樣一些光譜分析儀，其中待分析的光束被不止一次地加到衍射光柵上，以便得到改善的分辨率，及適用于這些光譜分析儀中的單色儀。

背景技術

本發明特別涉及1999年3月授權的美國專利5,886,785中所公開的那種光譜分析儀，該專利的發明人為H.Lefevre等人。Lefevre等人公開了一種光譜分析儀，該光譜分析儀包括一個衍射光柵和一個二面反射器。將用于分析的輸入光束通過一輸入/輸出端口接收，準直，并穿過一偏振分光器，該偏振分光器將光束分成兩個線偏振方向相互垂直的線偏振的組分。傳輸的光束通過一個波片，該波片將其偏振方向旋轉90°，以便在偏振方向相互平行并與衍射光柵凹槽垂直的情況下，將離開分光器的兩個光束組分導向衍射光柵。

衍射之后，光束組分被導向到二面反射器上，該二面反射器將它們反射回衍射光柵上。在第二次衍射之后，光束組分返回到偏振分光器，該偏振分光器使光束組分再結合，并使再結合的光束從相反方向上通過準直器，以將再結合的光束聚焦并將它導向輸入/輸出端口。在通過衍射光柵和二面反射器時，二個光束組分沿著完全相同的路線，但朝相反的方向前進。

他們設計上的一個缺點是由各光束組分再結合并經同一出口離開這一事實產生的。光譜分析儀的技術規格要求將由分析儀所引起的背反射降低到一定程度，以便不影響正在測試的設備。因此，在Lefevre等人的方法中，可以用一種光環行器，以便將輸入光束與輸出光束分開，并避免背反射。環行器的插入損耗和隔離度隨波長而改變，并且環形器的缺陷引起串光，即，在環行器內來自輸入光束的能量被直接耦合到輸出光束上。

Lefevre等人可以不用環行器，而用一個耦合器來分開輸入光束和輸出光束，并用一個隔離器來顯著減少光的背反射。這種隔離器的插入損耗和隔離能力二者通常與波長有關。而且，耦合器會引入至少6分貝(dB)的插入損耗，比如，對于一個理想的3dB(50/50)耦合器，在每個方向上3dB。另外，耦合器的方向性在未濾光的輸入端和輸出端之間引入串擾(cross-talk)。

一般來說，使用如耦合器、環行器和隔離器等部件會伴隨著不可避免的固有的與波長和偏振有關的損耗，這些損耗不容易被補償或考慮到。

在增加使用密集波分多路復用(DWDM)的情況下，光譜分析儀可以用來掃描達128個波長。由于這種直接串擾的程度，在檢測器/接收器處存在的光學“噪音下限”(”noise?floor”)將隨著通道數增加而按比例增加，因而每個單個通道的信號強度固定。這使儀器的光學信噪比(OSNR)降低。

另一個缺點是由于這樣的事實而產生的，即：輸入光束是在單色儀部分內被分成分組的、正交偏振態組分的，在單色儀部分內，光束在此自由空間內傳播。這樣就使光學設計和部件選擇變得復雜，因為光束尺寸可以受偏振分光器通光孔徑的限制，由于費用和可用性原因，通光孔徑應保持盡可能小。另一方面，當最大可能數量的光柵槽被照亮時，可得到最大的光譜分辨率。為避免這個問題而加一個光束擴展器(比如，用變形棱鏡)并不能令人滿意，因為它價格貴而且笨拙。

應該注意，Lefevre等人顯然認識到，通過將一分開的輸出光纖緊靠在輸入光纖附近，可以避免對環行器或3-dB耦合器的需要。然而，這種改進沒有完全解決顯著的背反射到輸入光纖中的問題，并且沒有減少由背散射所引起的OSNR，因而在單色儀內由各部件所散射的光被輸出光纖接收。

人們希望避免或至少減少在這種測量儀器中任何過度的與波長有關和與偏振有關的損耗。

按照Lefevre等人的觀點，他們的光譜分析儀對偏振是不敏感的。然而，實際上卻存在與波長有關的損耗，該損耗是由于他們設計中所用的各部件，尤其是波片，的偏振依賴性引起的。這種波片顯示一個λ/2的延遲性，對特定波長引起90°旋轉的線偏振。當入射光束的波長被調諧離開那個波長時，由波片提供的旋轉角將改變。因此，與其線偏振態(SOP)垂直于槽的組分相比，線SOP不垂直于光柵槽的組成分會有增加的衰減。

盡管這種與波長有關的損耗可以在分析儀的硬件中得到補償，但它導致了對最終能達到的儀器靈敏度的限制。

發明的公開

本發明設法避免或至少減輕上述缺點。