[發(fā)明專利]一種基于光纖時(shí)域拉伸色散傅里葉變換的高重頻激光光譜測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110255416.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN113074815B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽小平;李徐桐;李展;劉德安;朱健強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01J3/45
• 分類號(hào): G01J3/45;G01J3/02
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于光纖時(shí)域拉伸色散傅里葉變換的高重頻激光光譜測(cè)量裝置，包括光衰減單元、色散傅里葉變換單元、多通道波長(zhǎng)選擇單元、信號(hào)探測(cè)處理單元；待測(cè)脈沖首先進(jìn)入光衰減單元進(jìn)行功率的衰減，隨后進(jìn)入色散傅里葉變換單元拉伸時(shí)域脈沖，將脈沖的光譜信息映射到時(shí)間波形上，多通道波長(zhǎng)選擇單元將光譜分為多個(gè)波段，最后由信號(hào)探測(cè)處理單元接收處理信號(hào)。本發(fā)明通過色散傅里葉變換單元，實(shí)現(xiàn)待測(cè)脈沖的頻域到時(shí)域的轉(zhuǎn)換；通過多通道波長(zhǎng)選擇單元的波長(zhǎng)選擇，提高了待測(cè)脈沖重頻上限和光譜分辨率。本裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高光譜分辨率、實(shí)時(shí)測(cè)量等特點(diǎn)，可以對(duì)GHz級(jí)的高重頻激光進(jìn)行光譜的實(shí)時(shí)測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到時(shí)域拉伸色散傅里葉變換裝置，尤其涉及一種基于光纖時(shí)域拉伸色散傅里葉變換的高重頻激光光譜測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

皮秒及飛秒激光脈沖被廣泛用于超快現(xiàn)象分析，如化學(xué)反應(yīng)、生物醫(yī)學(xué)、非線性光學(xué)等學(xué)科。通常使用光譜儀來測(cè)量此類過程中的光譜變化，但是光譜儀的掃描時(shí)間往往遠(yuǎn)大于此類超快現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間，無法進(jìn)行實(shí)時(shí)單次測(cè)量，而單次測(cè)量方法如頻域分辨率光學(xué)開關(guān)法(FROG)和光譜相位相干電場(chǎng)重構(gòu)法(SPIDER)雖然可以實(shí)現(xiàn)單次測(cè)量，但是當(dāng)待測(cè)脈沖重復(fù)頻率大于探測(cè)器的刷新頻率時(shí)，就造成脈沖光譜的重疊，因此不能得到實(shí)時(shí)的光譜信息。

時(shí)域拉伸色散傅里葉變換(TS-DFT)技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一問題，其核心是利用色散元件的色散特性，在滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件時(shí)就可以將入射脈沖的光譜信息映射到時(shí)域中，再通過高速光電探測(cè)器和大帶寬的示波器接收得到光譜信息，相比傳統(tǒng)的光譜測(cè)量技術(shù)而言具有高分辨率、高采樣速率、大帶寬等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于超短脈沖的實(shí)時(shí)光譜測(cè)量中，其主要利用具有色散效應(yīng)的光學(xué)元件，如光纖、光柵、波導(dǎo)等，但是若光脈沖的重復(fù)頻率達(dá)到GHz，脈沖在經(jīng)過光纖等色散元件色散后脈沖之間可能會(huì)有部分重疊，因此示波器接收到的信號(hào)會(huì)是連續(xù)信號(hào)，此時(shí)不能得到其單個(gè)脈沖的光譜信息。

為了避免脈沖信號(hào)之間的重疊現(xiàn)象，本發(fā)明提出了多通道波長(zhǎng)選擇技術(shù)，它可以將啁啾光脈沖分為幾個(gè)波段，通過多個(gè)高速光電探測(cè)器接收，然后經(jīng)過信號(hào)合成處理得到單個(gè)脈沖的完整光譜信息，實(shí)現(xiàn)了GHz重復(fù)頻率光脈沖的實(shí)時(shí)光譜測(cè)量，且其分辨率高于傳統(tǒng)的光譜儀。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述目的，本發(fā)明提供了一種基于光纖時(shí)域拉伸色散傅里葉變換的高重頻激光光譜測(cè)量裝置。

為了實(shí)現(xiàn)高重頻激光脈沖光譜的高分辨實(shí)時(shí)測(cè)量，本發(fā)明提出了一種基于光纖時(shí)域拉伸色散傅里葉變換的高重頻激光光譜測(cè)量裝置，利用單模光纖的色散傅里葉變換特性和多通道波長(zhǎng)選擇技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高重頻激光光譜的實(shí)時(shí)高精度測(cè)量，消除了高重頻激光相鄰脈沖光譜重疊的問題，測(cè)量原理簡(jiǎn)單，裝置易于搭建，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

本發(fā)明的技術(shù)解決問題如下：

一種基于光纖時(shí)域拉伸色散傅里葉變換的高重頻激光光譜測(cè)量裝置，其特點(diǎn)在于，包括依次放置的光衰減單元、色散傅里葉變換單元、多通道波長(zhǎng)選擇單元和信號(hào)探測(cè)處理單元；

所述光衰減單元，用于衰減入射色散光纖前的光脈沖的峰值功率，將其功率降低以滿足色散效應(yīng)遠(yuǎn)大于非線性效應(yīng)，忽略光纖中的自相位調(diào)制效應(yīng)導(dǎo)致脈沖光譜的展寬，保證輸出光脈沖光譜與輸入脈沖光譜的一致性；

所述的色散傅里葉變換單元，用于時(shí)域拉伸入射光脈沖，當(dāng)滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光脈沖的傅里葉變換，將脈沖的光譜映射到時(shí)域上，得到的時(shí)間波形與脈沖的光譜形狀一致；

所述的多通道波長(zhǎng)選擇單元，用于將光脈沖的光譜分成多個(gè)部分，分別經(jīng)不同的光路傳輸至信號(hào)探測(cè)處理單元Ⅳ；

所述的信號(hào)探測(cè)處理單元，用于采集拉伸后的多通道時(shí)域信號(hào)，并消除高重頻引起的信號(hào)重疊現(xiàn)象，得到所測(cè)光脈沖完整的光譜信息。