一種極高分辨率光譜測量裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光學測量技術領域，更具體地，涉及一種極高分辨率光譜測量裝置及 方法。
【背景技術】
[0002] 光譜測量在光通信領域扮演著非常重要的角色，在光信號的傳輸過程中，可以通 過分析光信號的光譜來對其各項性能指標進行監測。隨著系統容量的需求增加，正交頻分 復用（OFDM)等復用技術逐漸投入使用，信道間頻率間隔大大減小，達到10MHz量級，傳統的 光譜測量技術已不能滿足分辨率的要求。另一方面，觀察激光器的張弛振蕩效應、光調制器 的啁啾特性等細節也對光譜測量裝置的分辨率提出了更高的要求。因此，提高光譜測量裝 置的分辨率顯得尤為重要。
[0003] 傳統的光譜測量裝置是基于衍射光柵的，僅能達到1GHz左右的分辨率；而基于相 干檢測、基于受激布里淵散射效應的光譜測量技術可以達到10MHz左右的分辨率。法布里 珀羅（FP)干涉儀用于測量信號光譜可以獲得優于上述光譜儀的分辨率，這里將優于10MHz 的分辨率稱為極高分辨率。FP干涉儀由FP標準具、壓電換能器以及波形發生器組成，是一 種由兩塊平行的玻璃板組成的多光束干涉儀，其中兩塊玻璃板相對的內表面都具有高反射 率。當入射光的波長滿足其共振條件時，其透射頻譜會出現很高的峰值，對應著很高的透射 率。具有極高分辨率這個優點使得FP干涉儀主要應用于測量分辨率要求較高的場合，例 如用于超高分辨率激光器線寬測量、分析模式結構和穩定性、波長啁啾、抖動和漂移等；FP 干涉儀還被用于超高分辨率光譜測量，包括化學分析、發射吸收線等。文獻報道FP干涉儀 用于測量激光器模式頻率間隔實驗中可以獲得1MHz的準確度，但是實驗測量范圍僅僅為 10MHz~1GHz，說明FP干涉儀可以獲得極高分辨率，但同時也受測量范圍較小的限制。
[0004] 圖書（Hui R，0, Sullivan M. Fiber optic measurement techniques[M]? Academic Press，2009:154~168)描述了 FP干涉儀的精細度、自由光譜范圍以及帶寬之間的關系，它 的優點是可以獲得比傳統光譜儀高的分辨率，但是具有測量波長范圍小的缺點，限制了它 的應用。美國專利US6697159B2公開了一種FP干涉儀結合光柵進行光譜測量的裝置，利用 光柵測量范圍大但分辨率低、FP干涉儀分辨率高但測量范圍小的特點，將兩者結合工作，獲 得較高分辨率的同時也能獲得較大的測量范圍。該方案用于探測光柵衍射光的探測器比較 復雜，而且分辨率跟光柵以及探測器有關，還具有一定的局限性。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種極高分辨率光譜測量裝置及方法，其目 的在于提高光譜測量的分辨率的同時獲得比現有FP干涉儀更大的測量范圍。
[0006]本發明提供了一種極高分辨率光譜測量裝置，包括FP干涉儀、SBS濾波器、探測 器、數據采集模塊和控制模塊；所述FP干涉儀的第一輸入端用于連接待測信號，所述FP干 涉儀的第二輸入端連接至所述控制模塊的第一輸出端；所述SBS濾波器的第一輸入端連接 至所述FP干涉儀的輸出端，所述SBS濾波器的第二輸入端連接至所述控制模塊的第二輸出 端；所述探測器的輸入端連接至所述SBS濾波器的第一輸出端，所述數據采集模塊的第一 輸入端連接至所述探測器的輸出端，所述數據采集模塊的第二輸入端連接至所述SBS濾波 器的第二輸出端；所述控制模塊的輸入輸出端連接至所述數據采集模塊的輸出輸入端；所 述FP干涉儀用于將待測信號轉換為分立的窄帶成分，由于其具有很小的-3dB帶寬，因此具 有極高分辨率；所述SBS濾波器選擇放大其中一個窄帶成分，產生的后向散射信號經所述 探測器后轉換為電流信號，所述數據采集模塊對其進行采集處理；所述控制模塊發出信號 控制所述FP干涉儀和所述SBS濾波器同步掃描，SBS增益峰對所述FP干涉儀工作的透射峰 依次進行選擇，使得測量范圍不再局限于一個自由光譜范圍（free spectral range, FSR)， 從而獲得比現有FP干涉儀更大的測量范圍。
[0007] 更進一步地，所述FP干涉儀包括FP標準具、壓電換能器和波形發生器；所述FP標 準具的第一輸入端作為所述FP干涉儀的第一輸入端，所述FP標準具的輸出端作為所述FP 干涉儀的輸出端，所述波形發生器的輸入端作為所述FP干涉儀的第二輸入端；所述壓電換 能器的輸入端連接至所述波形發生器的輸出端，所述FP標準具的第二輸入端連接至所述 壓電換能器的輸出端；所述壓電換能器與所述FP標準具的一個腔鏡相連，用于改變FP腔 長，進而改變透射的信號波長；所述波形發生器給所述壓電換能器提供工作電壓，這里設置 為鋸齒波電壓，結合SBS增益峰的掃描對FP透射峰進行選擇，獲得比現有FP干涉儀更大的 測量范圍。
[0008] 更進一步地，所述SBS濾波器包括隔離器、非線性光纖、偏振控制器、環形器、光放 大器和可調諧激光器；所述隔離器的輸入端作為所述SBS濾波器的第一輸入端連接至所述 FP標準具的輸出端，所述非線性光纖的第一端與所述隔離器的輸出端連接，所述偏振控制 器的第一端與所述非線性光纖的第二端相連，所述環形器的第二端與所述偏振控制器的第 二端相連；所述環形器的第三端作為所述SBS濾波器的第一輸出端與所述探測器的輸入端 與相連，所述光放大器的輸出端與所述環形器的第一端相連；所述可調諧激光器的第一輸 出端與所述光放大器的輸入端相連，所述可調諧激光器的第二輸出端作為所述SBS濾波器 的第二輸出端與所述數據采集模塊的第二輸入端相連；所述可調諧激光器的輸入端作為所 述SBS濾波器的第二輸入端與所述控制模塊的第一輸出端相連。
[0009] 其中，工作時，通過調整所述FP標準具以及所述可調諧激光器的參數，使得待測 信號某個窄帶成分對準SBS增益峰值，而左右相鄰的窄帶成分恰好不處于-3dB帶寬內。
[0010] 更進一步地，所述壓電換能器的工作電壓為鋸齒波。
[0011] 更進一步地，電壓每變化一個周期，所述FP標準具透射的峰值波長就會依次掃描 到下一個峰值對應的波長處，FP標準具工作的透射峰依次向后選擇，使得測量范圍不局限 于一個自由光譜范圍，獲得比現有FP干涉儀更大的測量范圍。
[0012] 本發明還提供了一種極高分辨率光譜測量方法，包括下述步驟：
[0013] (1)采用光學濾波器將待測信號轉換為分立的窄帶成分；
[0014] (2)采用SBS濾波器將其中一個窄帶成分放大；
[0015] (3)采用探測器將放大后的窄帶成分轉換為電流；
[0016] (4)控制模塊控制光學濾波器和SBS濾波器增益峰對信號波長掃描；
[0017] (5)數據采集模塊對電流進行采集處理得到信號光譜。
[0018] 其中，所述FP標準具透射峰和所述SBS濾波器對波長掃描速度相等。
[0019] 其中，利用所述FP干涉儀結合SBS效應，測量信號光譜獲得極高分辨率的同時獲 得比現有FP干涉儀更大的測量范圍。
[0020] 本發明可以提高光譜測量的分辨率，而且具有很大的測量范圍。由于利用FP干涉 儀結合SBS效應進行光譜測量，裝置的分辨率由FP干涉儀的分辨率決定，可以通過設置FP 干涉儀的參數來使系統獲得極高分辨率；另一方面，FP干涉儀工作電壓采用鋸齒波，設置 其與可調諧激光器的波長掃描速度相匹配，利用SBS增益峰對FP標準具工作的透射峰依次 進行選擇，使得測量范圍不再局限于一個FSR，獲得比現有FP干涉儀更大的測量范圍。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明實施例提供的極高分辨率光譜測量方法的整體流程示意圖；
[0022] 圖2為本發明實施例提供的極高分辨率光譜測量裝置的原理示意圖；
[0023]圖3為本發明實施例提供的極高分辨率光譜測量裝置的結構示意圖；
[0024]圖4為本發明實施例提供的極高分辨率光譜測量裝置的時序示意圖，其中a表示 控制模