[發(fā)明專利]一種全光纖傅里葉光譜分析儀

有效

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• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105953919B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苑立波;何學(xué)蘭;苑勇貴;楊軍
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01J3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可用于各種光源光譜的精確分析與測量的全光纖傅里葉光譜分析儀。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科技的進步和行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，分析儀器和測試系統(tǒng)得到了快速發(fā)展和應(yīng)用。光譜分析儀是光學(xué)儀器家族中的重要組成員，在分析測試領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和實用價值。

傅里葉變換光譜儀具有高通量、高分辨率、高波數(shù)精度等多種優(yōu)點，是光譜分析的強有力工具，可用于寬光譜、復(fù)雜光譜或極弱光譜的測量。傅里葉變換光譜法被廣泛用于分子光譜學(xué)和天體物理學(xué)中的紅外光譜分析。傅里葉變換光譜儀其核心思想是通過計算干涉儀輸出的干涉圖的傅里葉逆變換得到光譜圖，進而獲取光譜的信息。

光譜儀根據(jù)工作原理，可以分為色散型光譜儀和干涉型光譜儀，色散型光譜儀采用棱鏡或光柵作為色散元件獲取目標(biāo)光譜，具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，但是采用這種結(jié)構(gòu)的光譜儀實現(xiàn)高精度光譜分析和測量時，系統(tǒng)相對復(fù)雜，限于光柵的限制，難以實現(xiàn)高光譜分辨率的測量。而干涉型光譜儀采用雙光束干涉的信號做傅里葉逆變換獲取光譜，具有高分辨率、光譜范圍寬等優(yōu)點。

隨著光譜技術(shù)的發(fā)展，在生物檢測、環(huán)境監(jiān)測、軍事偵察等領(lǐng)域，對光譜儀提出了實時準(zhǔn)確地獲取光譜信息的要求。為此，國內(nèi)外研究者進行了大量的研究工作。1985年，美國科學(xué)家A.D.Kersey在文獻Single mode fiber Fourier trans-form spectrometer中介紹了一種全光纖器件傅里葉變換光譜檢測裝置,反射鏡移動掃描的情況下,光譜分辨率在820nm達到1cm^-1。1990年英國倫敦帝國學(xué)院的M.A.Page Jones在文獻Optical-fiber Spectrum Analyzers中介紹采用保偏光纖實現(xiàn)了光程掃描，克服了光纖彎曲的雙折射效應(yīng)，分辨率達到0.67cm^-1。1996年Martint Selzele等人用溫度效應(yīng)實現(xiàn)了相位調(diào)制，建立了全光纖傅里葉變換光譜儀，從理論上分析了耦合器分束比影響，測量了激光二極管的譜線，并且測量了鹵素?zé)舻淖V線。采用溫度效應(yīng)實現(xiàn)光纖的拉伸，光譜分辨率達到4cm^-1。文獻All-fiber wavenumber and Fourier-transform spectrometer中介紹了一種基于光纖光柵的全光纖傅里葉變換光譜檢測裝置，這種全光纖光譜檢測裝置簡單結(jié)構(gòu)緊湊，但是受光纖光柵周期的限制，光譜分辨率和測量范圍受到很大的限制。劉勇等人在文獻(光纖傅里葉變換光譜分析裝置)中提出基于Mach-Zehnder干涉儀的全光纖變換光譜儀，利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)來改變光程差，但伸縮纏繞在PZT環(huán)上的光纖會產(chǎn)生雙折射，同時由于PZT的引入也會帶來溫度漂移，而且由于受光纖光柵周期的限制，光譜分辨率和測量范圍受到很大的限制，只適合測量相干長度比較長的譜線。

此外，申請人于2015年公開的一種寬譜光源光譜分布函數(shù)和相關(guān)函數(shù)的測量與構(gòu)造方法(中國專利：201510001556.7)主要解決了將光譜儀測得待測的寬譜光源的采集數(shù)據(jù)進行傅里葉逆變換得到寬譜光源光譜的一種簡便的數(shù)學(xué)方法。申請?zhí)?01180042065.7專利公開發(fā)明一種用于測量樣品光伏電池中的量子效率的系統(tǒng)中僅是將傅里葉變換紅外光譜儀作為系統(tǒng)的一部分。申請?zhí)?00820071669.X實用新型專利提出一種微型傅里葉變換光譜儀沒有采用光纖技術(shù)。申請?zhí)?01420434050.6實用新型專利涉及一種動鏡偏振干涉傅里葉變換成像光譜儀，掃描范圍有限。申請專利號201420347014.6實用新型專利涉及一種窗掃型傅里葉變換成像光譜儀，其掃描范圍也非常有限。

全光纖系統(tǒng)比其他常規(guī)的系統(tǒng)具有不可比擬的優(yōu)越性，如靈敏度高、抗電磁干擾、耐腐蝕、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕等優(yōu)點。成為近三十年來國際光纖領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點和重點。本發(fā)明所提出的全光纖傅里葉光譜分析儀，不但具備全光纖器件的優(yōu)點，而且克服了在先技術(shù)上的不足，為光源光譜測量提供了一種技術(shù)先進的解決方案，可廣泛用于各種光譜測量與高精度光譜分析領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種掃描范圍大、精度高的全光纖傅里葉光譜分析儀。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：