[發明專利]采用微動光柵提高光譜分辨率的光纖光柵解調系統

在審

• 申請號: 201810033967.8
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN108225559A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 祝連慶;何巍;劉鋒;董明利;婁小平;莊煒;駱飛
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/45
• 代理公司: 北京律恒立業知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 龐立巖;顧珊

本發明提供了一種采用微動光柵提高光譜分辨率的光纖光柵解調方法，解調系統包括泵浦源、波分復用器、布拉格光纖光柵、光闌、狹縫、準直鏡、分光光柵、成像鏡和線陣探測器、壓電執行元件及電壓控制系統，其中分光光柵沿逆時針或順時針旋轉微小角度的方法如下：a)壓電執行元件調節至最低端，此電壓為初調電壓；b)記錄最低端光譜數據為初始光譜；c)小步距調節壓電執行元件，計算當前光譜與初始光譜；d)首次相關度峰值時的調節電壓記錄為終調電壓；e)將初調電壓與終調電壓間等分為若干等級，每次解調均對各等級進行測量，以獲得更高的空間分辨率。

本申請是申請日為2016年03月31日，申請號CN201610201753.8，發明名稱為采用微動光柵提高光譜分辨率的光纖光柵解調系統及方法的分案申請。

技術領域

本發明涉及光纖傳感領域，特別涉及一種采用微動光柵提高光譜分辨率的光纖光柵解調系統。

背景技術

光纖光柵是一種新型無源傳感元件，具有高靈敏度，抗電磁干擾能力強，耐腐蝕等諸多優點，自用于傳感以來，已經取得了快速持續的發展，在航空航天、建筑結構、石油等領域的安全監測方面有著廣闊的應用前景。光纖光柵解調系統是整個傳感系統的關鍵部分，實現高精度、高分辨率、動態和靜態參量結合、多點復用檢測和低成本是光纖光柵解調技術發展的趨勢。光纖解調的方法有多種，調諧F-P濾波法只能用于測量靜態應變，可調諧激光器法的成本非常高，非平衡M-Z干涉法易受環境影響，不利于工程應用。隨著近年來光學探測器的迅猛發展，使得小型化光纖光譜儀快速發展，基于光譜成像法的光纖解調技術也隨之發展起來。基于光譜成像法的光纖光柵解調儀體積小，集成化程度高，可用于測量靜態和動態應變，在眾多解調方法中具有突出優點，是解調系統研究的一個重要方向，其中，解調儀的光學系統性能直接影響了系統的分辨率，是解調儀的一個關鍵。

光柵光譜儀的光學系統結構種類較多，目前應用比較普遍的是Czerny-Turner光路結構，即以兩面凹面反射鏡分別作為準直鏡和成像鏡，以平面反射光柵作為色散元件。這一方面是因為平面光柵設計難度低,復制成本低廉，衍射效率高；另一方面是由于Czerny-Turner結構可調節和布置的結構參數較多，可以避免二次或多次衍射，便于采用光電陣列探測器接收光譜。常見的小型Czerny-Turner光譜儀主要分為交叉型和M型2種結構。M型是Czerny-Turner光譜儀的經典結構，代表產品是荷蘭Avantes公司研制的Avaspec系列小型光纖光譜儀；交叉型則是由其演變而來，其結構更緊湊，空間利用率高。然而，由于線陣列圖像傳感器像素數目有限，光譜空間分辨率受到限制。

因此，能否在線陣傳感器像素有限的情況下實現高分辨率光柵波長精確解調，是本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用微動光柵提高光譜分辨率的光纖光柵解調方法，采用微動光柵提高光譜分辨率的解調系統包括泵浦源、波分復用器、布拉格光纖光柵、光闌、狹縫、準直鏡、分光光柵、成像鏡和線陣探測器、壓電執行元件及電壓控制系統，其中所述泵浦源、波分復用器和布拉格光纖光柵依次連接，所述波分復用器同時連接光闌，所述泵浦源發出的光通過波分復用器的耦合后進入布拉格光纖光柵，所述布拉格光纖光柵的反射譜作為注入光進入光纖光柵解調系統，注入光通過狹縫后，依次通過準直鏡、分光光柵、成像鏡的反射，最終匯聚到線陣探測器上，其中所述分光光柵沿逆時針或順時針旋轉微小角度；其中所述旋轉微小角度的方法如下：a)壓電執行元件調節至最低端，此電壓為初調電壓；b)記錄最低端光譜數據為初始光譜；c)小步距調節壓電執行元件，計算當前光譜與初始光譜，所述壓電執行元件為位置伺服，通過輸入位置指令來控制分光光柵旋轉微小角度，對入射光的空間位置進行調節，最終確定光譜成像位置；d)首次相關度峰值時的調節電壓記錄為終調電壓；e)將初調電壓與終調電壓間等分為若干等級，每次解調均對各等級進行測量，以獲得更高的空間分辨率。

優選地，所述子步驟b)的具體處理過程如下：