[發明專利]一種F-P腔自由光譜范圍測量系統

有效

• 申請號: 201110321553.3
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102353452A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 魯平;張亮;劉德明;田銘;陳立
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 周發軍

技術領域

?本發明涉及一種F-P腔自由光譜范圍測量系統。

背景技術

在納米技術和超高精度工程等領域，采用F-P干涉儀代替法實現寬范圍和小不確定度的絕對長度測量被廣泛推崇和使用。在F-P腔內，由于光經過多次反射反復疊加后可以形成一定精細度的透射譜，在光學濾波，傳感解調和光纖傳感頭，光譜檢測中經常用到。FP自由光譜范圍的測量成為了F-P腔作為光纖傳感頭的關鍵技術。測量F-P腔自由光譜范圍的基本原理是：F-P腔干涉產生的多光束干涉，形成一定精細度的梳狀透射譜，以一定的頻率間隔產生周期性的干涉極大值，通過測量干涉極大值之間的頻率間隔就得到了F-P腔的自由光譜范圍。

目前檢測F-P自由光譜范圍的方法主要有利用光譜儀和頻率調制技術（FM）。

光譜儀法，采用光譜儀來檢測F-P腔投射譜兩峰值波長間隔來換算，由于光譜儀精度有限，長期使用還會存在波長漂移的問題，而且掃描的波長范圍有限，所以用來測量F-P標準具自由光譜范圍具有靈敏度低，精度差，動態范圍小等缺點。例如，2003年中國科學技術大學物理系黃文財等人，利用高分辨率光譜分析儀對空氣隙F-P標準具投射諧振峰頻率進行測量，然后通過直線擬合獲得自由光譜范圍，用所測自由光譜范圍來計算F-P標準具的間距，相對誤差為2×10^-3。

FM技術，利用電光調制器實現和FSR相當的調制頻率的測量方法已經達到了10^-6到10^-8的不確定度。這類檢測方法主要應用FM邊帶技術、電光調制器和光譜儀對F-P腔的透射光或反射光進行分析，從而得帶到自由光譜范圍。這些方法稱之為具有鎖定方向探測的null?method。例如，2010年日本長岡技術科技大學機械工程系Masato?Aketagawa等人提出一種調頻技術，利用電光調制器（EOM）和null?method,實現對F-P腔自由光譜的測量。但是此類方法沒有減少測量誤差的相關評述。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種靈敏度高、精度高的F-P腔自由光譜范圍測量系統。

為解決上述技術問題，本發明的F-P腔自由光譜范圍測量系統包括脈沖光源，第一、第二光纖耦合器，透過式F-P腔，第一、第二光電探頭，高速光電轉換模塊，頻譜分析儀，差分檢測模塊，第一、第二GPIB數據線,計算機；

所述脈沖光源通過光纖連接所述第一光纖耦合器，第一光纖耦合器的一個輸出端連接所述高速光電轉換模塊，所述高速光電轉換模塊連接所述頻譜分析儀，所述頻譜分析儀通過第一GPIB數據線連接所述計算機；第一光纖耦合器的另一個輸出端連接所述第二光纖耦合器，所述第二光纖耦合器的一個輸出端連接第一光電探頭，另一個輸出端連接所述透過式F-P腔，所述透過式F-P腔連接所述第二光電探頭，所述第一、第二光電探頭的輸出端連接所述差分檢測模塊，所述差分檢測模塊通過第二GPIB數據線連接所述計算機。

所述脈沖光源為縱模間隔可調的鎖模光纖激光器。

所述鎖模光纖激光器包括，摻鉺光纖，第三光纖耦合器，波分復用器，隔離器，飽和吸收體，中心波長980nm尾纖輸出式泵浦源，第一光纖調節架，可調光纖延遲線。所述中心波長為980nm的泵浦源輸出的泵浦光通過波分復用器耦合到摻鉺光纖中，使摻鉺光纖處于粒子數反轉狀態，通過光纖延遲線、飽和吸收體、光隔離器、波分復用器和第三光纖耦合器的光纖串聯，將摻鉺光纖頭尾相連組成了一個環形振蕩腔；一段光纖安裝固定在所述第一光纖調節架上，環形振蕩腔產生的脈沖激光信號通過所述第三光纖耦合器的尾纖輸出。

本發明的有益效果在于：

1、與傳統的光譜儀測量方法相比，本發明采用了頻譜分析儀，由于頻譜分析儀具有高分辨率，其測量靈敏度比光譜儀測量大大提高：

2、本發明通過兩路光功率的差分檢測來測量F-P腔的損耗，消除了由于脈沖光源功率不穩定帶來的測量漂移的問題，確保了測量的精度。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明的技術方案作進一步具體說明。

圖1為本發明的高精度FP自由光譜范圍測量系統結構圖；

圖2為本發明的F-P腔的結構圖；

圖3為本發明的測量系統光源結構圖。

具體實施方式