[發明專利]一種超高分辨率光譜測量方法及系統

有效

• 申請號: 201710255847.8
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107219002B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 張馳;張新亮;段玉華;陳燎;周海東;周希
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01N21/25
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

1.一種超高分辨率光譜測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

A、產生兩路具有微小重復頻率差的超短脈沖序列，一路作為探測脈沖，另一路作為參考脈沖；

B、探測脈沖序列通過色散Φ₁作用得到攜帶時間二次相位的泵浦脈沖序列；

C、所得泵浦脈沖與待測光信號通過四波混頻作用并濾出所產生的閑頻光；

D、所得的閑頻光通過色散Φ₂壓縮，得到時域上攜帶待測光譜信息的光信號；

E、利用所述時域上攜帶待測光譜信息的光信號對一個連續波光信號進行交叉相位調制，從而將光譜信息轉換到連續波光信號的相位上，且載波波長統一到所述連續波光信號波長上；

F、所得的相位上攜帶待測光譜信息的光信號通過光學濾波抑制其載波，得到強度上攜帶待測光譜信息的光信號；

G、所得的強度上攜帶待測光譜信息的光信號與步驟A中的所述參考脈沖序列進行疊加干涉；

H、所得的干涉信號轉變為電信號后經濾波、校準和定標恢復出待測光譜信息。

2.根據權利要求1所述的超高分辨率光譜測量方法，其特征在于：所述步驟A中的探測脈沖序列與參考脈沖序列，其脈沖重復頻率差與其脈沖重復頻率相比小4到5個數量級。

3.根據權利要求1所述的超高分辨率光譜測量方法，其特征在于：所述步驟B中的色散量Φ₁與步驟D中的色散量Φ₂滿足Φ₂＝-Φ₁/2。

4.根據權利要求1所述的超高分辨率光譜測量方法，其特征在于：所述步驟E中的連續波波長與所述步驟A中的參考脈沖序列載波波長的波長間隔小于參考脈沖光譜帶寬的一半。

5.根據權利要求1所述的超高分辨率光譜測量方法，其特征在于：所述步驟E中的交叉相位調制過程中，通過控制光功率使得最大非線性相移小于或等于π。

6.一種超高分辨率光譜測量裝置，其特征在于：包括第一光學頻率梳光源，色散補償光纖，第一光耦合器，第一高非線性光纖，第一光學濾波器，單模光纖，連續波光源，第二光耦合器，第二高非線性光纖，第二光學濾波器，光纖布拉格光柵濾波器，第二光學頻率梳光源，第三光耦合器，光電探測器和實時示波器；

所述第一光學頻率梳光源，用于產生超短脈沖序列作為探測脈沖；

所述色散補償光纖，用于對探測脈沖進行色散作用，得到攜帶時間二次相位的泵浦脈沖序列；

所述第一光耦合器，用于將待測光信號與泵浦脈沖耦合到一起；

所述第一高非線性光纖，用于待測光信號與泵浦脈沖四波混頻過程的非線性介質；

所述第一光學濾波器，用于將四波混頻過程產生的閑頻光濾出；

所述單模光纖，用于對產生的閑頻光進行色散壓縮，實現波長到時間的轉換；

所述連續波光源，用于產生單一波長的連續波光信號；

所述第二光耦合器，用于將單模光纖輸出的光信號與連續波光信號耦合到一起；

所述第二高非線性光纖，用于單模光纖輸出光信號與連續波光信號交叉相位調制過程的非線性介質；

所述第二光學濾波器，用于濾出交叉相位調制后的連續波光信號波長處的光信號；

所述光纖布拉格光柵濾波器，用于抑制所述第二光學濾波器輸出光信號的載波，實現相位信息到強度信息的轉換；

所述第二光學頻率梳光源，用于產生超短脈沖序列作為參考脈沖；

所述第三光耦合器，用于將光纖布拉格光柵濾波器的輸出與參考脈沖耦合到一起，進行疊加干涉；

所述光電探測器，用于將干涉光信號的強度包絡轉換為電信號；

所述實時示波器，用于對光電探測器輸出的電信號進行采樣和模數轉換得到數字信號，并實時顯示。

7.根據權利要求6所述的超高分辨光譜測量裝置，其特征在于：所述第一光學頻率梳光源與第二光學頻率梳光源，其重復頻率分別鎖定到兩個穩定的射頻頻率上，兩個射頻頻率的差值與其絕對頻率相比小4到5個數量級。