[發明專利]基于偏振分析的光譜特性測量方法及其裝置

有效

• 申請號: 200910001104.3
• 申請日: 2009-01-22
• 公開（公告）號: CN101487738A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 姚曉天
• 申請（專利權）人: 北京高光科技有限公司;通用光訊光電技術(北京)有限公司
• 主分類號: G01J3/447
• 分類號: G01J3/447;G01J3/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所
• 代理人: 廖元秋

本申請是以2008年2月4日遞交的美國專利申請(申請號為：No.61/025,933。題目為：“基于偏振分析的光譜測量”)作為優先權的申請案，本申請的內容是基于所述美國專利申請的內容。

技術領域

本發明屬于光譜分析技術領域，特別涉及光譜測量的方法及裝置設計。

背景技術

光已經廣泛的應有于各種領域。光譜特性，也就是光的波長或頻率等的光譜組成，是光的重要特性之一。比如，光信號的性質隨給定光信號的光譜而定；再比如，可以通過分析光信號的光譜來獲取某一種裝置或某一種材料中的光信息。

分析光譜的技術和裝置有很多種。用來測量光譜信號的裝置叫做光譜分析儀，它可以從一個光信號中分離出所包含的光波長。可以測量每一個波長上的光功率，同時可以繪制出橫軸為光波長縱軸為光功率的曲線關系。光譜分析儀的性能可以用光譜分辨率、光譜范圍和測量速率等參量來衡量。

光譜分析儀可以有多種光分析結構來實現其功能。其中主要的結構有以下三種：1)利用空間分光器件-如衍射光柵，來分離光的不同光譜成分；2)利用可調諧窄帶濾波器，如法珀腔或可調光纖布拉格光柵，依次選擇并一次探測一個光譜成分；3)利用光干涉儀一如邁克爾遜或馬赫曾德干涉儀，通過改變兩邊干涉臂的光程差來測量光的干涉信號，然后對干涉儀的輸出進行快速傅里葉變換。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于偏振分析的光譜特性測量方法及其裝置，本發明可以用來測量和分析通過不同光延遲線后光信號的偏振態和偏振度(或分析其中之一)，并利用已測得的偏振差分群時延值來測量光的光譜特性(如光的頻率特性和頻譜特性)。通過改變光的差分群時延可以改變光譜的分辨率和測量光譜范圍。在一種方案中，可以使用基于偏振測量和分析技術的方法測量光的光譜，這既不需要使用分光元件空域分解光成分，也不需要利用可調諧濾波器依次分離出每一個光譜成分，或是利用干涉儀來獲得干涉花樣。

本發明中所描述的一個基于偏振測量與分析的光譜分析儀實施例，主要包括三個組成部分，一是差分群時延器件，其作用是通過改變差分群時延值，在接收到光的兩個相互正交偏振模式上產生不同的群時延；二是光探測器，它可以接收經過差分群時延器件的光信號，同時去測量輸出光的偏振態和偏振度；三是數據處理器件，通過處理所接收光的偏振態和偏振度信息，來獲得所測光的光譜。

一種差分群時延器件的實施例由三個部分組成：一個偏振分束器，它的作用是將所測光的分成兩束，第一束光以第一種偏振模式沿第一路徑傳輸；第二束光的偏振模式與第一束光的模式垂直，它沿第二路徑傳輸；一個延時結構，它將第一路徑與第二路徑的相對光程差進行改變，從而產生差分群時延值；一個偏振合束器，它可以將在第一路徑中以第一種偏振態傳輸的光與在第二路徑中以第二種偏振態傳輸的光合成一束，從而產生一束輸出光。

另外一種差分群時延器件的實施例由四部分組成：一個偏振分束器，它的作用是將所測的光分成兩束，第一束光以第一種偏振模式沿第一路徑傳輸；第二束光的偏振模式與第一束光的模式垂直，并沿第二路徑傳輸；一個第一法拉第旋轉鏡位于第一光路中，可以將光反射回偏振分束器；一個第二法拉第旋轉鏡位于第二光路中，也是將光反射回偏振分束器；一個延時結構，它將改變第一路徑與第二路徑的相對光程差，從而產生差分群時延值。然后偏振合束器會將在第一路徑中以第一種偏振態傳輸回來的反射光與在第二路徑中以第二種偏振態傳輸回來的反射光合成一束，從而產生一束輸出光。

還有一種差分群時延器件的實施例由一系列的可調差分群時延單元級聯而成。所測光通過級聯的可調差分群時延單元形成的光路輸出。每一個可調差分群時延單元都含有三個組成部分：一個偏振旋轉裝置，它可以根據控制信號來控制接收光的偏振態；一個由雙折射材料構成的雙折射器件，它接收并傳輸偏振旋轉裝置中的光；一個控制元件，它與偏振旋轉裝置連接并提供控制信號，作用是控制雙折射器件接收到的光，使雙折射器件對第一種偏振模式產生第一種時延，對與其正交的第二種偏振模式產生第二種時延，從而就利用了雙折射單元對輸出光產生不同的差分群時延。