[發明專利]一種針對超連續光源的光譜分束測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201410504608.8
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104237141B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 劉博文;黃昊;宋寰宇;胡明列;王清月
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/01
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種光譜分束測量方法及裝置。特別是涉及一種利用體光學器件將超連續光譜長短波成分進行分束以便于在整個光譜范圍內同時進行測量的針對超連續光源的光譜分束測量方法及裝置。

背景技術

光脈沖在非線性介質中的傳輸過程，不僅受到諸如自相位調制(SPM)、交叉相位調制(XPM)、四波混頻(FWM)、受激喇曼散射(SRS)和受激布里淵散射(SBS)等多種非線性效應的影響，也受到介質色散特性的影響。在非線性效應與色散的共同作用下，新的頻率分量得以產生。對于足夠強的脈沖，其光譜能夠被展寬數百納米以上，這種現象稱之為超連續光譜的產生。

超連續光源能輸出超寬光譜激光，其在生物、醫學、物理、國防和工業等對低相干光源或光譜分析有高要求的領域上有著重要的應用。在光譜分析應用中，由于超連續光源能夠輸出超過一個甚至數個倍頻程的極寬光譜，所以一臺超連續光源就可以替代之前數個不同波段的窄帶光源，大大簡化了系統光源的復雜度。

然而，從光譜測量方面來看，現階段主要使用的設備是光柵光譜儀。相對于超連續光源的光譜帶寬來說，光柵光譜儀的量程十分有限，一般為一個倍頻程左右，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的2微米波段，市場上幾乎只有量程為1200-2400nm這一種光譜儀可供選擇。

根據光柵方程可知，長波長光信號的低級次衍射將與短波長光信號的相應高級次衍射完全重合，無法分開。例如：波長為2100nm的光入射進光柵光譜儀中，其一級衍射會與波長為1050nm光的二級衍射、波長為700nm光的三級衍射以及以此類推更短波長的更高級次衍射光完全重合。其后果是即使實際上并沒有2100nm的光進入光譜儀而僅有上述提及的短波長光進入到光譜儀中，光譜儀也會顯示測得了波長為2100nm的光信號，從而導致測量誤差。

更進一步地，現有超連續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，經放大后泵浦非線性光纖產生超連續光譜。這使得超連續光譜的短波部分尤其是1微米波段的光強強于長波部分。加之超連續光譜的短波部分已明顯短于光譜儀量程的短波限1200nm。最終的結果是在較強的1微米波段光信號以及光譜儀的超量程使用這二者共同作用下，測量結果的長波部分，尤其是在2微米波段，上述測量誤差被進一步加劇了。

目前，在應用超連續光源進行光譜分析應用時，解決上述問題的主要方法是根據應用的波段采用相應的窄帶濾光片濾出相應的光譜成分。然而，這種方法的劣勢也是顯而易見的。一方面，處于窄帶濾光片截止帶內的光譜成分將被完全損耗掉，不能應用。這不僅極大浪費了超連續光源的光譜寬度，也削弱了其較傳統窄帶光源而言的優勢。另一方面，為了滿足超寬帶測量的需求，上述方案必定需要數個窄帶濾光片，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節光路，費時費力。

例如：在利用超連續光源測量光纖光柵的應用中，如果有中心波長分別為1.5微米和2微米左右的兩根光纖光柵需要測量。按照上述解決方案需要準備中心波長分別為1.5微米和2微米的兩個窄帶濾光片分兩次測量，且每次測量前都需要重新調整光路。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠充分利用超連續光源全部波段進行實時測量、不需要在每次測量之前調節光路更換不同的窄帶濾光片，并且能夠增加裝置的穩定性和可靠性的針對超連續光源的光譜分束測量方法及裝置。

本發明所采用的技術方案是：一種針對超連續光源的光譜分束測量方法，使用三個光纖準直器和一個長波通濾光片或短波通濾光片，超連續光源通過尾纖輸出的超連續光譜通過一個光纖準直器被準直，進而入射至長波通濾光片或短波通濾光片上，根據長波通濾光片或短波通濾光片的截止波長分為長波和短波兩個部分被長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過一個光纖準直器耦合入待測物中，再分別采用對應量程的兩個光譜儀同時分別測量待測物的透射光譜。

所述長波通濾光片或短波通濾光片的截止波長大于測量長波部分光譜所用光譜儀的量程短波限。