[發明專利]端面斜反射光波導傅立葉光譜儀

有效

• 申請號: 201510063542.8
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104792418B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 祁志美;李金洋;逯丹鳳
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01J3/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及光波導電光調制技術、傅立葉光譜技術，尤其涉及一種端面斜反射光波導傅立葉光譜儀。

背景技術

隨著現場實時探測和航天航空應用需求的快速增長，國際上廣泛開展了對微小型便攜式光譜儀的研究。基于時間掃描的傅立葉微光譜儀具有較高的信噪比，同時，僅需要一個光電探測器，避免了使用昂貴的CCD探測器，成為了微小型便攜式光譜儀的一個研究熱點。

但是，大多數傅立葉微光譜儀仍然使用動鏡邁克爾遜干涉儀對光程差進行調制，而這種運動部件則會削弱微光譜儀的抗環境干擾能力，同時限制了微光譜儀的時間分辨能力。

為了克服常規傅立葉微光譜儀的上述缺點，本發明的同一申請人提出利用集成光波導電光調制技術實現對光程差的靜態調制，在此基礎上提出了基于集成光技術的傅立葉變換芯片光譜儀(專利號：ZL 201010138943.2)、基于集成光波導的衰減全反射光譜測量式傅立葉光譜儀(專利號：ZL 201010263095.8)和一種獲取光源光譜的方法(申請號：201210506070.5)。這些發明公開的集成光波導傅立葉光譜儀不包含運動部件，不需要精密的驅動系統，不需要特殊的減震環境，同時導波光的使用克服了空間自由光束易受干擾的缺點。此外，基于電光效應的光程差調制機理容許采用高頻掃描電壓以獲得較高的時間分辨率。

基于集成光波導電光調制技術的各種傅立葉微光譜儀雖然消除了運動部件，使得其抗干擾能力獲得極大提高，但是其光譜分辨率仍然面臨挑戰。光譜分辨率的不足已經成為限制該類集成光波導傅立葉光譜儀進一步發展和廣泛應用的瓶頸。在保持或進一步減小集成光波導傅立葉光譜儀尺寸的同時，提高其光譜分辨率具有重要的科研意義和實用價值。

傅立葉光譜儀的光譜分辨率隨干涉儀兩臂光程差變化量的增大而提高。增大集成光波導傅立葉光譜儀的光程差變化量，是提高微光譜儀光譜分辨率的主要途徑。由于光程差變化量正比于電光調制區間長度，通過提高電光調制區間的長度可以增大光程差的變化量，但這會導致集成光波導傅立葉光譜儀尺寸的增大，不利于光譜儀的微型化。

針對這一問題，本發明的同一申請人提出分辨率增強傅立葉微光譜儀(申請號：201310053568.5)，通過采用波導端面反射結構使得待測光信號往返穿過受調制區域，使干涉儀光程差變化量獲得倍增，進而在不改變光譜儀調制電極長度的情況下實現光譜分辨率倍增目的。但需要指出的是，即使分辨率獲得倍增，該光譜儀仍然無法滿足一些高分辨光譜測試的要求，因此有必要采用其他方法進一步提高這種光譜儀的光譜分辨率。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種端面斜反射光波導傅立葉光譜儀，該光譜儀通過采用端面斜反射結構進一步增加了兩臂光程差，進而提高了光譜分辨率。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種端面斜反射光波導傅立葉光譜儀。該傅立葉光譜儀包括：光源2；電光調制芯片1，其上形成一干涉儀結構，該干涉儀結構至少具有一干涉臂，該干涉臂包括若干段光波導，該若干段光波導中，至少一段光波導的兩側具有用于電光調制的薄膜電極；光電探測器3，其接收由干涉儀結構輸出的干涉光信號，并將其轉換為電信號；信號處理芯片5，與光電探測器3相連接，用于對其輸出的電信號進行處理；電壓函數發生器4，電性連接于薄膜電極，用于對該薄膜電極施加電調制信號，使相應的光波導的折射率發生變化；其中，在同一干涉臂中，至少兩段相鄰的光波導之間具有端面斜反射結構，該端面斜反射結構包括：出光波導的出光端面、入光波導的入光端面和反射結構，出光端面和入光端面完全或部分重合，出光波導和入光波導沿出光端面和入光端面的重合面的法線對稱設置，且反射結構位于該重合面處，由出光波導射出的光信號經由該反射結構反射后，進入入光波導。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明端面斜反射光波導傅立葉光譜儀具有以下有益效果：

(1)在保持調制電極長度不變的情況下，本發明提出的端面斜反射光波導傅立葉光譜儀的光譜分辨率隨波導端面斜反射結構數量的增加而提高，是傳統的基于標準馬赫-曾德爾干涉儀結構的集成光波導傅立葉光譜儀的2倍以上；

(2)此外，本發明可以與本發明的同一申請人提出的分辨率增強傅立葉微光譜儀(申請號：201310053568.5)兼容，進一步提高集成光波導傅立葉光譜儀的光譜分辨率；

(3)該光譜儀與多種樣品池，如具有消逝波敏感窗口的光纖、芯片消逝波敏感窗口，具有良好的兼容性，用途廣泛，結構簡單新穎。