專利名稱：一種光譜分析儀器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光譜分析儀器，屬于光譜探測領域，可以應用于物質的吸收光譜的測定、光通信和光纖傳感等領域。
背景技術：
光譜儀是把成分復雜的光中分解開來后分別探測各成分的儀器。光譜儀有很多類型，除在可見光波段使用的光譜儀外，還有紅外光譜儀和紫外光譜儀。按照色散元件的小同，光譜儀可以分為棱鏡光譜儀、光柵光譜儀和干涉光譜儀。另外，光譜儀與其其它一些技術結合，還有拉曼光譜儀、傅立葉變換紅外光譜儀等。使用光譜儀，可以用來進行許多方面的研究和檢測，比如物質分析就是目前常見的用途。現有技術，將光波導入一個邁克耳遜或者馬赫-曾德干涉儀，輸出的光波是兩臂中傳輸的光波的相干光，其功率是波長和相位差的函數。通過調節一條光臂的長度，改變相·位差，可以得到光功率隨腔長的變化。而光譜與這個信號的關系正好是余弦傅里葉變換，因此，通過求解逆傅里葉變換，可以得到待測光譜。這種方法的優點是，光譜探測范圍和波長分辨率都很高。缺點是非常耗費時間，不能夠測量變化較快的光譜；具有運動部件，對機械加工的要求也很高；設備也龐大而昂貴。因此如何克服現有技術中上述技術問題，成為本領域普通技術人員努力的方向。
發明內容本實用新型目的是提供一種光譜分析儀器，避免了使用體積較大的邁克耳遜或者馬赫-曾德干涉儀，而實現光頻率選擇，且可以在很小的幅度上調諧諧振腔的腔長，避免了采用活動部件所產生的技術問題。為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種光譜分析儀器，包括入射準直透鏡，用于將待測的入射光耦合入光纖；可調諧F-P干涉儀，其通過調諧腔長在選擇部分來自所述入射準直透鏡的光波通過；F-P標準具，用于提取來自所述可調諧F-P干涉儀中特定頻率的光波；用于隔離反射光的第一光纖環行器，位于可調諧F-P干涉儀和F-P標準具之間，用于接收來自可調諧F-P干涉儀的光波；第二光纖環行器，其第I端口接收穩頻基準光波，第2端口與所述F-P標準具之間傳輸光波；穩頻光源，位于所述第一光纖環行器和第二光纖環行器之間，用于提供一穩頻基準光波；第三光纖環行器，此第三光纖環行器輸入端口與第二光纖環行器的第3端口之間傳輸光波；功率測量模塊，將來自第三光纖環行器第一輸出端口光波轉化為電信號并計算光功率，采樣并儲存光功率數據；波長解調模塊，將來自第三光纖環行器第二輸出端口光波轉化為電信號并計算穩頻光源所發出的光波穿過整個系統后的光功率，從光功率數據中解調得到波長數據；光帶阻濾波器，位于所述第三光纖環行器和功率測量模塊之間，其阻帶與待測光波的頻率范圍錯開，用于將來自穩頻光源發出的光波反射。上述技術方案中進一步改進的技術方案如下作為優選，位于所述功率測量模塊前端為第一光電二極管，其用于將光波轉化為電信號；位于波長解調模塊前端為第二光電二極管，其用于將光波轉化為電信號。由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點和效果 本實用新型利用兩個體積很小的諧振腔實現了光頻率選擇的功能，避免了使用體積較大的邁克耳遜或者馬赫-曾德干涉儀；其次，本實用新型在掃描光頻率的過程中只需要在很小的幅度上調諧諧振腔的腔長。因此可以采用電光調制等手段，避免了采用活動部件所造成的問題；再次，本實用新型的頻譜分辨率由標準具的自由光譜范圍決定，可以很容易地達到極高的分辨精度。
圖I本實用新型光譜分析儀器結構示意圖；圖2本實用新型諧振腔的功率透射譜；圖3本實用新型F-P標準具和可調諧F-P干涉儀的功率透射譜。以上附圖中1、入射準直透鏡；2、可調諧F-P干涉儀；3、F-P標準具；4、第一光纖環行器；5、第二光纖環行器；6、穩頻光源；7、第三光纖環行器；8、功率測量模塊；9、波長解調模塊；10、光帶阻濾波器；11、第一光電二極管；12、第二光電二極管。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一種光譜分析儀器，如附圖1-3所示，包括入射準直透鏡I，用于將待測的入射光耦合入光纖；可調諧F-P干涉儀2，其通過調諧腔長在選擇部分來自所述入射準直透鏡的光波通過；F-P標準具3，用于提取來自所述可調諧F-P干涉儀2中特定頻率的光波；用于隔離反射光的第一光纖環行器4，位于可調諧F-P干涉儀2和F-P標準具3之間，用于接收來自可調諧F-P干涉儀2的光波；第二光纖環行器5，其第I端口接收穩頻基準光波，第2端口與所述F-P標準具3之間傳輸光波；穩頻光源6,位于所述第一光纖環行器4和第二光纖環行器5之間,用于提供一穩頻基準光波；第三光纖環行器7，此第三光纖環行器7輸入端口與第二光纖環行器5的第3端口之間傳輸光波；[0034]功率測量模塊8,將來自第三光纖環行器7第一輸出端口光波轉化為電信號并計算光功率，采樣并儲存光功率數據；波長解調模塊9,將來自第三光纖環行器7第二輸出端口光波轉化為電信號并計算穩頻光源6所發出的光波穿過整個系統后的光功率，從光功率數據中解調得到波長數據；光帶阻濾波器10，位于所述第三光纖環行器7和功率測量模塊8之間，其阻帶與待測光波的頻率范圍錯開，用于將來自穩頻光源6發出的光波反射。位于所述功率測量模塊8前端為第一光電二極管11，其用于將光波轉化為電信號;位于波長解調模塊9前端為第二光電二極管12，其用于將光波轉化為電信號。根據多光束干涉的知識，諧振腔的功率透射譜呈現梳狀，如圖2所示。其中自由光譜范圍(腔縱模間隔)與諧振腔內的光程(簡稱為腔長)成反比。腔縱模的寬度，也就是透射光譜的寬度，是由精細度決定的。精細度越高，縱模的形狀越尖銳，縱模寬度D越窄。本實用新型中存在有兩個串接的諧振腔，即腔長可變的F-P干涉儀和腔長固定的F-P干涉儀。兩者的自由光譜范圍有一個微小的差別，如圖3所示，圖3 (a)為F-P標準具的透射譜，圖3(b)為可調諧F-P干涉儀的透射譜，從圖3中可以看出，兩者的透射光譜在光頻率Vi處重合，而在其它任何波長都不重合，因此，待測光波穿過兩個諧振腔之后，只剩下頻率為Vi的單色光波。 根據諧振腔的相關知識，其縱模頻率為 nC
「00421 v =-"
L 」 2L(I)其中C是光速，L是腔內光程，η是一個正整數，是縱模的序號。從式⑴可以得到諧振腔的自由光譜范圍，也就是相鄰縱模的頻率差為
A CΔν = —
2L (2)從式⑴和式⑵可以看出，當改變腔長L時，自由光譜范圍和第η個縱模所在的光頻率V都會變化。但是，如果腔長的改變量Λ L遠小于腔長，即有關系AL<<L，從式
(2)可以看出，分母上的一點微小變化不會對自由光譜范圍Av產生顯著的影響，我們可以認為Av是不變的。另一方面，在光頻波段，腔縱模的序數η都是很大的。因此，自由光譜范圍(縱模間隔)的一點微小變化都會累加起來，使第η個縱模所在的光頻率產生顯著的變化。綜上所述，微調腔長L的效果就相當于平移諧振腔的透射光譜。采用上述光譜分析儀器時，利用了兩個體積很小的諧振腔實現了光頻率選擇的功能，避免了使用體積較大的邁克耳遜或者馬赫-曾德干涉儀；其次，在掃描光頻率的過程中只需要在很小的幅度上調諧諧振腔的腔長。因此可以采用電光調制等手段，避免了采用活動部件所造成的問題；再次，本實施例的頻譜分辨率由標準具的自由光譜范圍決定，可以很容易地達到極高的分辨精度。上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種光譜分析儀器，其特征在于包括 入射準直透鏡(I)，用于將待測的入射光耦合入光纖； 可調諧F-P干涉儀(2)，其通過調諧腔長在選擇部分來自所述入射準直透鏡(I)的光波通過； F-P標準具(3)，用于提取來自所述可調諧F-P干涉儀(2)中特定頻率的光波； 用于隔離反射光的第一光纖環行器(4)，位于可調諧F-P干涉儀(2)和F-P標準具(3)之間，用于接收來自可調諧F-P干涉儀(2)的光波； 第二光纖環行器(5)，其第I端口接收穩頻基準光波，第2端口與所述F-P標準具(3)之間傳輸光波； 穩頻光源￠)，位于所述第一光纖環行器(4)和第二光纖環行器(5)之間，用于提供一穩頻基準光波； 第三光纖環行器(7)，此第三光纖環行器(7)輸入端口與第二光纖環行器(5)的第3端口之間傳輸光波； 功率測量模塊(8)，將來自第三光纖環行器(7)第一輸出端口光波轉化為電信號并計算光功率，采樣并儲存光功率數據； 波長解調模塊(9)，將來自第三光纖環行器(7)第二輸出端口光波轉化為電信號并計算穩頻光源(6)所發出的光波穿過整個系統后的光功率，從光功率數據中解調得到波長數據； 光帶阻濾波器(10)，位于所述第三光纖環行器(7)和功率測量模塊(8)之間，其阻帶與待測光波的頻率范圍錯開，用于將來自穩頻光源(6)發出的光波反射。
2.根據權利要求I所述光譜分析儀器，其特征在于位于所述功率測量模塊(8)前端為第一光電二極管(11)，其用于將光波轉化為電信號； 位于波長解調模塊(9)前端為第二光電二極管(12)，其用于將光波轉化為電信號。
專利摘要本實用新型公開一種光譜分析儀器，包括入射準直透鏡；可調諧F-P干涉儀，其通過調諧腔長在選擇部分來自所述入射準直透鏡的光波通過；F-P標準具，用于提取來自所述可調諧F-P干涉儀中特定頻率的光波；用于隔離反射光的第一光纖環行器，位于可調諧F-P干涉儀和F-P標準具之間；第二光纖環行器，接收穩頻基準光波；穩頻光源；第三光纖環行器；功率測量模塊；波長解調模塊；光帶阻濾波器，位于所述第三光纖環行器和功率測量模塊之間，其阻帶與待測光波的頻率范圍錯開，用于將來自穩頻光源發出的光波反射。本實用新型避免了使用體積較大的邁克耳遜或者馬赫-曾德干涉儀，而實現光頻率選擇，且可以在很小的幅度上調諧諧振腔的腔長，避免了采用活動部件所產生的技術問題。
文檔編號G01J3/28GK202676287SQ20122009355
公開日2013年1月16日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者王允韜, 阮馳, 郁菁菁, 劉志麟 申請人:昆山煜肸傳感器科技有限公司