一種自適應雙光梳光譜補償信號提取系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種自適應雙光梳光譜補償信號提取系統，其特點是邁克爾遜干涉儀和電學拍頻獲得自適應雙光梳光譜補償信號，采用時域延時和頻域選擇的方式，有效利用邁克爾遜干涉儀相干探測一定延時的前后脈沖，提取出表征單個脈沖激光器自身重復頻率抖動和載波包絡相位抖動的信號，最后通過電學倍頻及混頻過程，獲得表征兩個脈沖激光器相對重復頻率抖動和相對載波包絡相位抖動的補償信號，可直接用于自適應雙光梳光譜測量。本實用新型與現有技術相比完全避免了自適應雙光梳光譜中需要引入兩臺窄線寬連續激光器提取補償信號的方式，補償信號受連續光波長飄移干擾小，信號穩定可靠，進一步提高了自適應雙光梳光譜系統的穩定性和可靠性。
【專利說明】
一種自適應雙光梳光譜補償信號提取系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及光電探測技術領域，具體地說是一種基于基于邁克爾遜干涉儀的自適應雙光梳光譜補償信號提取系統。
【背景技術】
[0002]雙光梳光譜技術作為近年來科研領域的前沿課題，能極大的提高光譜探測的精度。雙光梳光譜探測技術相比傳統技術有兩個改進，一是采用光梳替代傳統光源，作為標準的頻率譜線位置更穩定，線寬更窄，精度更高；另一個是采用兩個重復頻率略有差異的光梳同時測量，一個作為參考光梳，一個作為激發光梳，類似于游標卡尺的主尺和副尺，通過頻率錯位和拍頻探測，進一步提高頻率測量的精度。近期發展起來的自適應雙光梳光譜技術，采用兩臺窄線寬連續激光器和兩臺超短脈沖激光器拍頻，再經過電路混頻、倍頻、放大、濾波處理，獲得表征兩臺超短脈沖激光器相對重復頻率抖動和相對載波包絡相位抖動的補償信號，表征相對重復頻率抖動的信號用于光譜探測過程中的異步采樣，表征相對載波包絡相位抖動的信號用于光譜干涉信號混頻，最終在信號處理階段消除抖動的影響，實現高精度光譜探測。
[0003]目前的自適應雙光梳光譜系統中，補償信號的源頭來自兩臺窄線寬連續激光器和兩臺超短脈沖激光器的相互光學拍頻，由于環境溫度、振動變化，每臺窄線寬激光器或者超短脈沖激光器的光頻會隨時間隨機飄移，因此，光學拍頻信號的中心頻率也會隨時間隨機飄移，并且飄移范圍非常大，很容易超出電路濾波器的帶寬，導致拍頻信號丟失，電路處理模塊失效，自適應補償系統工作異常。為控制窄線寬連續激光器和超短脈沖激光器的光學拍頻信號飄移范圍，可以通過建立負反饋環路，通過調節連續激光器的溫度、栗浦功率或者脈沖激光器的重復頻率等參數，將兩者的拍頻飄移控制在后續電路濾波器的帶寬之內，但是這種負反饋的補償方式必然會對自適應光梳光譜造成干擾，降低系統的測量精度。
[0004]現有技術的自適應雙光梳光譜系統，其補償信號提取方式必須首先使用窄線寬連續激光器與超短脈沖激光器光學拍頻，存在拍頻信號丟失的重大隱患，影響系統長期運轉的穩定性、可靠性。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是針對現有技術的不足而提供的一種自適應雙光梳光譜補償信號提取系統，采用兩個獨立的邁克爾遜干涉儀分別測量兩臺超短脈沖激光器的頻率抖動，利用時域延時和頻域選擇的方式，提取出表征兩臺脈沖激光器相對重復頻率抖動和相對載波包絡相位抖動的信號，實現雙光梳光譜測量，無需對脈沖激光器進行重復頻率或者載波包絡相位的主動控制，避免了傳統自適應雙光梳光譜補償信號提取方式中窄線寬連續光與超短脈沖激光的光頻飄移，保證拍頻信號長期穩定存在，較好的解決了光學拍頻信號飄移導致的補償信號丟失問題，系統簡單，操作方便，大大提高了自適應雙光梳光譜測量系統的穩定性。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現的:一種自適應雙光梳光譜補償信號提取系統，包括超短脈沖激光器、光電探測器、電學倍頻及濾波單元和雙光梳光譜數據處理單元，其特點是采用兩個獨立的邁克爾遜干涉儀分別測量兩臺超短脈沖激光器的頻率抖動，然后將兩邁克爾遜干涉儀的輸出光分別進入兩光學分束器，兩光學分束器將輸出光分別親合到四個光學濾波器，濾波后的四個光信號分別由四個光電探測器進行探測，每個光電探測器將探測的光信號平均分為兩路輸出，一路輸出光經電學倍頻及濾波單元后與另一路輸出光依次分別進入一級混頻和二級混頻，然后將二級混頻處理后的光信號作為自適應雙光梳光譜的補償信號接入雙光梳光譜數據處理單元。
[0007]所述每個光電探測器將探測到的光信號平均分為兩路輸出為四個光電探測器分別探測得到①、②、③和④四個光信號，每個光信號平均分為兩路輸出，兩光電探測器一路輸出的①和②兩個光信號分別經兩個電學倍頻及濾波單元后進入一級混頻，兩光電探測器另一路輸出的①和②兩個光信號分別直接進入一級混頻;另兩光電探測器一路輸出的③和④兩個光信號分別經另兩個電學倍頻及濾波單元后進入另一個一級混頻，另兩光電探測器另一路輸出的③和④兩個光信號直接分別進入另一個一級混頻;所述四個電學倍頻及濾波單元中的兩個電學倍頻及濾波單元分別對①和③光信號作(P-1)倍的倍頻處理，另兩個電學倍頻及濾波單元分別對②和④光信號作P倍的倍頻處理，分別得到①X (p-1 )、?Xp、@X (P-1)和④X P四個倍頻后的信號，將倍頻后的①X (P-1)、②X P和未倍頻的①和②光信號進入一級混頻，一級混頻將①X (P-1)與①、②Xp與②的光信號混頻后，分別得到①-②和②X p-al X (p-1)兩個混頻的光信號;將倍頻后的③X (p-1)、④X P和未倍頻的③、④光信號進入另一個一級混頻，另一個一級混頻將③X (P-1)與③、④XP與④的光信號混頻后，分別得到③-④和④XP-③X (P-1)兩個混頻的光信號，然后將①-②、②XP-①X (P-1)兩個混頻的光信號和③-④、④Xp-③X (P-1)兩個混頻的光信號分別進入二級混頻，經二級混頻處理后分別得到(①-②)-(③-④)和[②Xp-①X (P-1)]-[④Xp-③X (P-1)]兩個作為自適應雙光梳光譜的補償信號接入雙光梳光譜數據處理單元;所述兩個自適應雙光梳光譜的補償信號分別為(n-m) Afr和Afo+qAfr，其中:Afr為兩臺超短脈沖激光器的相對重復頻率抖動;Afo為兩臺超短脈沖激光器的相對載波包絡相位抖動;p、n和m均為正整數。
[0008]所述邁克爾遜干涉儀包括分束片或光纖耦合器、兩個法拉第反射鏡、延時晶體或延時光纖和帶驅動的聲光調制器，超短脈沖激光器的輸出光經過分束片或光纖耦合器按功率比為I: I分成兩束光，一束光直接經過第一法拉第反射鏡反射，回到分束片或光纖親合器，另一束光先經過延時晶體或延時光纖，再經過帶驅動的聲光調制器，最后經過第二法拉第反射鏡反射，依次經帶驅動的聲光調制器和延時晶體或延時光纖，回到分束片或光纖耦合器，兩束反射光在分束片或光纖親合器上合成一束，從邁克爾遜干涉儀輸出。
[0009]所述光學分束器為1:1分光比的半透半反鏡片或光纖耦合器。
[0010]所述光學濾波器為允許特定波長的激光通過，隔絕其他波長激光通過的窄帶濾波鏡片、光纖光柵或光纖濾波器。
[0011 ]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0012]⑴、不需要窄線寬連續激光器以及連續激光器和脈沖激光器的光學拍頻，因此避免了光學拍頻信號的隨機抖動，提高自適應雙光梳光譜補償系統的穩定性和可靠性。
[0013]⑵、采用兩個獨立的邁克爾遜干涉儀分別測量兩臺超短脈沖激光器的頻率抖動，彼此之間無干擾，探測噪聲低。
[0014]⑶、采用頻域選擇的方式，在兩個不同的頻率窗口相干探測脈沖的拍頻信號，通過靈活選擇頻率間隔和窗口大小，能降低頻域噪聲，提高探測靈敏度。
[0015]⑷、邁克爾遜干涉儀中加入帶驅動的聲光調制器，將拍頻信號的中心頻率偏移到聲光調制器的中心頻率，降低零頻附近的噪聲。
[0016](5)、無需額外建立負反饋電路補償信號的飄移，不會引入電子線路噪聲，能實現高精度的自適應雙光梳光譜。
[0017](6)、采用自由運轉的兩臺脈沖激光器和自適應控制技術就能實現雙光梳光譜測量，無需對脈沖激光器進行重復頻率或者載波包絡相位的主動控制，系統簡單，操作方便。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型結構不意圖；
[0019]圖2為空間結構的實施例結構示意圖；
[0020]圖3為光纖結構的實施例結構示意圖；
[0021]圖4為本實用新型具體運用不意圖。
【具體實施方式】
[0022]參閱附圖1，本實用新型由兩個超短脈沖激光器1、兩個邁克爾遜干涉儀2、兩個光學分束器3、四個光學濾波器4、四個光電探測器5、四個電學倍頻及濾波單元6、兩個一級混頻7、一個二級混頻8和雙光梳光譜數據處理單元9組成兩補償信號的光路，所述一超短脈沖激光器I的輸出光入射到邁克爾遜干涉儀2，邁克爾遜干涉儀2中光程較長的干涉臂包含一個帶驅動的聲光調制器，調制頻率為fa，邁克爾遜干涉儀2的輸出光經過一光學分束器3，分別耦合到兩光學濾波器4，采用兩個光電探測器5分別測量濾波后的光學信號，探測到的信號分別記為①和②，①信號可以表示為2fa+A(nfri+foi+2fa)，11為正整數，其中心頻率在2fa，信號的飄移包括超短脈沖激光器I的重復頻率飄移Afrl、載波包絡相位飄移Afo1和聲光調制器驅動頻率的飄移Afa，②信號可以表示為2fa+A(mfrl+fQ1+2fa)，m為正整數，其中心頻率在2fa，信號的飄移包括超短脈沖激光器I的重復頻率飄移、載波包絡相位飄移和聲光調制器驅動頻率的飄移；另一超短脈沖激光器I的輸出光入射到另一邁克爾遜干涉儀2，另一邁克爾遜干涉儀2中光程較長的干涉臂包含一個帶驅動的聲光調制器，調制頻率為fb，另一邁克爾遜干涉儀2的輸出光經另一光學分束器2，分別耦合到另兩個光學濾波器4，采用另兩個光電探測器4分別測量濾波后的光學信號，探測到的信號分別記為③和④，③信號可以表示為25+厶(11匕2+&2+2&)，11為正整數，其中心頻率在2托，信號的飄移包括另一超短脈沖激光器I的重復頻率飄移Afr2、載波包絡相位飄移Afo2和聲光調制器驅動頻率的飄移Λfb，④信號可以表示為2fb+Λ (mfr2+fo2+2fb)，111為正整數，其中心頻率在2fb，信號的飄移包括另一超短脈沖激光器I的重復頻率飄移、載波包絡相位飄移和聲光調制器驅動頻率的飄移;每個光電探測器5探測到的信號均平均分為兩路，一路不倍頻，一路采用電學倍頻及濾波單元6分別對上述①、②、③和④信號作倍頻處理，對①和③信號作(p-1)倍的倍頻處理，P為正整數，對②和④信號作P倍的倍頻處理，四個電學倍頻及濾波單元6得到四個倍頻后的信號，分別為①X (P-1)、②Xp、③X (P-1)和④Xp;采用兩個一級混頻7，對倍頻后的信號及不倍頻的信號作第一級混頻處理，得到四個第一級混頻后的信號，分別為:①-②=(n-m)Afr1、② X p_① X (p-1) = 2fa+Afoi+(pgm-pgn+n)Afri+2Afa、@-@= (n-m)Afr2、@Xp-③X (p-l) = 2fb+Afo2+(pgm-pgn+n)Afr2+2Afb;采用二級混頻8對第一級混頻后的信號作第二級混頻處理，得到兩個第二級混頻后的信號，分別為:(①-②)_③-④)= (n-m)Afr、[②Xp-aX (p-1)] —[④Xp_③X (p-1)] = 2(fa-fb)+Afo+(pgm-pgn+n)Afr+2A(fa-fb) ；Δfo+qAfr，上述兩個信號實質上分別等于(n-m)Afr，Afo+qAfr，其中n、m和q為正整數，Afr為兩臺超短脈沖激光器I的相對重復頻率抖動，Afo為兩臺超短脈沖激光器I的相對載波包絡相位抖動，這兩個信號就可以直接作為自適應雙光梳光譜的補償信號。其中，邁克爾遜干涉儀2包括分束片或光纖耦合器、第一法拉第反射鏡、第二法拉第反射鏡、延時晶體或者延時光纖和帶驅動的聲光調制器。所述脈沖激光器I的輸出光經過分束片或光纖耦合器，按1:1的功率比分成兩束光，一束光直接經過第一法拉第反射鏡反射回到分束片或光纖親合器，另一束光先經過延時晶體或者延時光纖，經帶驅動的聲光調制器和第二法拉第反射鏡反射，再依次經過帶驅動的聲光調制器和延時晶體或者延時光纖，回到分束片或光纖耦合器，兩束反射光在分束片或光纖親合器上合成一束從邁克爾遜干涉儀2輸出。
[0023]下面以空間結構和光纖結構的自適應雙光梳光譜補償信號提取系統對本實用新型作進一步說明。
[0024]實施例1
[0025]參閱附圖2，本實用新型由兩個脈沖激光器11、12、兩個邁克爾遜干涉儀21、22、兩個光學分束器31、32、四個光學濾波器41、42、43、44、四個光電探測器51、52、53、54、四個電學倍頻及濾波單元61、62、63、64、兩個一級混頻器71、72、一個二級混頻器8和雙光梳光譜數據處理單元9組成空間結構的自適應雙光梳光譜補償信號的提取系統。
[0026]所述超短脈沖激光器11的輸出光入射到邁克爾遜干涉儀21，其中，邁克爾遜干涉儀21由分束片211、第一法拉第反射鏡212、第二法拉第反射鏡215、延時晶體213和帶驅動的聲光調制器214組成，調制頻率為fa。超短脈沖激光器11的輸出光經過分束片211按1:1的功率比分成兩束光，一束光直接經過第一法拉第反射鏡212反射回到分束片211，另一束光先經過延時晶體213和帶驅動的聲光調制器214，最后經過第二法拉第反射鏡213反射，再依次經過帶驅動的聲光調制器214和延時晶體213后回到分束片211，兩束反射光在分束片211上合成一束從邁克爾遜干涉儀21輸出。
[0027]所述另一超短脈沖激光器12的輸出光入射到另一邁克爾遜干涉儀22，其中，另一邁克爾遜干涉儀22由分束片221、第一法拉第反射鏡222、第二法拉第反射鏡225、延時晶體223和帶驅動的聲光調制器224組成，調制頻率為fa。另一超短脈沖激光器12的輸出光經過分束片221按1:1的功率比分成兩束光，一束光直接經過第一法拉第反射鏡222反射回到分束片221，另一束光先經過延時晶體223和帶驅動的聲光調制器224，最后經過第二法拉第反射鏡225反射，再依次經過帶驅動的聲光調制器224和延時晶體223后回到分束片221，兩束反射光在分束片221上合成一束從另一邁克爾遜干涉儀22輸出。
[0028]所述邁克爾遜干涉儀21的輸出光經過光學分束器31分別耦合到光學濾波器41和另一光學濾波器43，采用兩個光電探測器51、53分別測量濾波后的光學信號，探測到的信號分別記為①、②，信號①可以表示為2fa+A(nfri+foi+2fa)，η為正整數，其中心頻率在2fa，信號的飄移包括超短脈沖激光器11的重復頻率飄移Afrl、載波包絡相位飄移Afo1和聲光調制器驅動頻率的飄移Afa，信號②可以表示為2fa+A(mfrl+fQ1+2fa)，m為正整數，其中心頻率在2fa，信號的飄移包括超短脈沖激光器11的重復頻率飄移、載波包絡相位飄移和聲光調制器驅動頻率的飄移。
[0029]所述另一邁克爾遜干涉儀22的輸出光經過光學分束器32分別耦合到光學濾波器42和另一光學濾波器44，采用兩個光電探測器52、54分別測量濾波后的光學信號，探測到的f目號分別記為③、④，?目號③可以表不為2fb + A(nfr2+f()2+2fb)，11為正整數，其中心頻率在2fb，信號的飄移包括超短脈沖激光器21的重復頻率飄移Afr2、載波包絡相位飄移Afo2和聲光調制器驅動頻率的飄移Afb，信號④可以表示為2fb+Λ(mfr2+fQ2+2fb)，m為正整數，其中心頻率在2fb，信號的飄移包括另一超短脈沖激光器12的重復頻率飄移、載波包絡相位飄移和聲光調制器驅動頻率的飄移。
[0030]將上述四個光電探測器51、52、53、54探測到的①、②、③和④信號按每個信號平均分為兩路，一路不倍頻，一路采用四個電學倍頻及濾波單元61、62、63、64分別對上述①、②、③和④信號作倍頻處理，對信號①和③作(P-1)倍的倍頻處理，P為正整數，對信號②和④作P倍的倍頻處理，得到四個倍頻后的信號，分別為①X (P-1)、②Xp、③X (P-1)、④Xp;采用兩個一級混頻器71、72對倍頻后的信號及不倍頻的信號作第一級混頻處理，得到四個第一級混頻后的信號，分別為:①-②=(n-m)Afr1、②Xp-①X (p-1) =2fa+Afoi+(pgm-pgn+n)Afri+2Afa、③-④=(n-m) Afr2、④Xp-③X (p-1) = 2fb+Afo2+(pgm-pgn+n)Afr2+2Afb；采用一個二級混頻器8，對第一級混頻后的信號作第二級混頻處理，得到兩個第二級混頻后
= 2(fa-fb)+Afo+(pgm-pgn+n)Afr+2A(fa-fb) ； Afo+qAfr，上述兩個信號實質上分別等于(n-m) Afr，Af o+qAfr，其中n、m、q為正整數，Afr為兩臺超短脈沖激光器11、12的相對重復頻率抖動，Afo為兩臺超短脈沖激光器11、12的相對載波包絡相位抖動，這兩個信號就可以直接作為自適應雙光梳光譜的補償信號接入雙光梳光譜數據處理單元9。
[0031]實施例2
[0032]參閱附圖3，本實用新型由兩個脈沖激光器11、12、兩個邁克爾遜干涉儀21、22、兩個光學分束器31、32、四個光學濾波器41、42、43、45、四個光電探測器51、52、53、54、四個電學倍頻及濾波單元61、62、63、64、兩個一級混頻器71、72和一個二級混頻器8和雙光梳光譜數據處理單元9組成光纖結構的自適應雙光梳光譜補償信號的提取系統。
[0033]所述超短脈沖激光器11的輸出光入射到邁克爾遜干涉儀21，其中，邁克爾遜干涉儀由光纖耦合器211、第一法拉第反射鏡212、第二法拉第反射鏡215、延時光纖213和帶驅動的聲光調制器214組成，調制頻率為fa。脈沖激光器11的輸出光經過光纖耦合器211按1:1的功率比分成兩束光，一束光直接經過第一法拉第反射鏡212反射回到光纖耦合器211，另一束光先經過延時光纖213，再經過帶驅動的聲光調制器214，最后經過第二法拉第反射鏡215反射，再依次經過帶驅動的聲光調制器214和延時光纖213回到光纖耦合器211，兩束反射光在光纖耦合器211上合成一束從邁克爾遜干涉儀21輸出。
[0034]所述邁克爾遜干涉儀21的輸出光經過光學分束器31分別耦合到光學濾波器41和光學濾波器43，采用兩個光電探測器51、53分別測量濾波后的光學信號，探測到的信號分別記為①、②，信號①可以表示為2fa+A(nfrl+fQ1+2fa)，n為正整數，其中心頻率在2fa，信號的飄移包括超短脈沖激光器11的重復頻率飄移Afrl、載波包絡相位飄移Afo1和聲光調制器驅動頻率的飄移Afa，信號②可以表示為2fa+A(mfri+foi+2fa)，m為正整數，其中心頻率在2fa，信號的飄移包括超短脈沖激光器11的重復頻率飄移、載波包絡相位飄移和聲光調制器驅動頻率的飄移。
[0035]所述另一超短脈沖激光器12的輸出光入射到邁克爾遜干涉儀22，其中，邁克爾遜干涉儀22由光纖耦合器221、第一法拉第反射鏡222、第二法拉第反射鏡225、延時光纖223和帶驅動的聲光調制器224組成，調制頻率為fb。另一超短脈沖激光器12的輸出光經過光纖耦合器221按1:1的功率比分成兩束光，一束光直接經過第一法拉第反射鏡222反射回到光纖耦合器221，另一束光先經過延時光纖223，再經過帶驅動的聲光調制器224，最后經過第二法拉第反射鏡225反射，再依次經過帶驅動的聲光調制器224和延時光纖223回到光纖耦合器221，兩束反射光在光纖親合器221上合成一束從邁克爾遜干涉儀22輸出。
[0036]所述另一邁克爾遜干涉儀22的輸出光經過光學分束器32分別耦合到光學濾波器42和另一光學濾波器44，采用兩個光電探測器52、54分別測量濾波后的光學信號，探測到的f目號分別記為③、④，?目號③可以表不為2fb + A(nfr2+f()2+2fb)，11為正整數，其中心頻率在2fb，信號的飄移包括超短脈沖激光器12的重復頻率飄移Afr2、載波包絡相位飄移Afo2和聲光調制器驅動頻率的飄移Afb，信號④可以表示為2fb+Λ(mfr2+fQ2+2fb)，m為正整數，其中心頻率在2fb，信號的飄移包括超短脈沖激光器12的重復頻率飄移、載波包絡相位飄移和聲光調制器驅動頻率的飄移。
[0037]將上述四個光電探測器51、52、53、54探測到的①、②、③和④信號按每個信號平均分為兩路，一路不倍頻，一路采用四個電學倍頻及濾波單元61、2、63、64分別對上述①、②、③和④信號作倍頻處理，對信號①和③作(P-1)倍的倍頻處理，P為正整數，對信號②和④作P倍的倍頻處理，得到四個倍頻后的信號，分別為①X (P-1)、②Xp、③X (P-1)、④Xp;采用兩個一級混頻器71、72對倍頻后的信號及不倍頻的信號作第一級混頻處理，得到四個第一級混頻后的信號，分別為:①-②=(n-m) Afr1、②Xp-①X (p-1) =2fa+Afoi+(pgm-pgn+n)Afri+2Afa、③-④=(n-m) Afr2、④Xp-③X (p-1) = 2fb+Afo2+(pgm-pgn+n)Afr2+2Afb；采用一個二級混頻器8對第一級混頻后的信號作第二級混頻處理，得到兩個第二級混頻后
= 2(fa-fb)+Afo+(pgm-pgn+n)Afr+2A(fa-fb) ； Afo+qAfr，上述兩個信號實質上分別等于(n-m) Afr，Af o+qAfr，其中n、m、q為正整數，Afr為兩臺超短脈沖激光器11、21的相對重復頻率抖動，Afo為兩臺超短脈沖激光器11、21的相對載波包絡相位抖動，這兩個信號就可以直接作為自適應雙光梳光譜的補償信號接入雙光梳光譜數據處理單元9。
[0038]實施例3
[0039]參閱附圖4，本實用新型由兩個脈沖激光器11、12、樣品池10、干涉信號探測模塊14、兩個邁克爾遜干涉儀21、22、兩個光學分束器31、32、四個光學濾波器41、42、43、44、四個光電探測器51、52、53、54、四個電學倍頻及濾波單元61、62、63、64、兩個一級混頻器71、72、一個二級混頻器8、自適應雙光梳光譜系統數據處理單元9和光譜測量結果輸出模塊13組成。
[0040]所述超短脈沖激光器11的輸出分為兩路，一路直接入射到樣品池10，另一路入射到邁克爾遜干涉儀21，其中，邁克爾遜干涉儀由分束片211、第一法拉第反射鏡212、第二法拉第反射鏡215、延時晶體213和帶驅動的聲光調制器214組成，調制頻率為fa。超短脈沖激光器11的輸出光經過分束片211按1:1的功率比分成兩束光，一束光直接經過第一法拉第反射鏡212反射回到分束片211，另一束光先經過延時晶體213，再經過帶驅動的聲光調制器214，最后經過第二法拉第反射鏡215反射，再依次經過帶驅動的聲光調制器214和延時晶體213回到分束片211，兩束反射光在分束片211上合成一束，從邁克爾遜干涉儀21輸出。
[0041]所述另一超短脈沖激光器12的輸出光入射到另一邁克爾遜干涉儀22，其中，另一邁克爾遜干涉儀22由分束片221、第一法拉第反射鏡222、第二法拉第反射鏡225、延時晶體223和帶驅動的聲光調制器224組成，調制頻率為fb。另一超短脈沖激光器21的輸出光經過分束片221按1:1的功率比分成兩束光，一束光直接經過第一法拉第反射鏡222反射回到分束片221，另一束光先經過延時晶體223，再經過帶驅動的聲光調制器224，最后經過第二法拉第反射鏡225反射，再依次經過帶驅動的聲光調制器224和延時晶體223回到分束片221，兩束反射光在分束片221上合成一束從另一邁克爾遜干涉儀22輸出。
[0042]所述邁克爾遜干涉儀21的輸出光經過光學分束器31分別耦合到光學濾波器41和另一光學濾波器42，采用兩個光電探測器51、52分別測量濾波后的光學信號，探測到的信號分別記為①、②，信號①可以表示為2fa+A(nfri+foi+2fa)，η為正整數，其中心頻率在2fa，信號的飄移包括超短脈沖激光器11的重復頻率飄移Afrl、載波包絡相位飄移Afo1和聲光調制器驅動頻率的飄移Afa，信號②可以表示為2fa+A(mfrl+fQ1+2fa)，m為正整數，其中心頻率在2fa，信號的飄移包括超短脈沖激光器11的重復頻率飄移、載波包絡相位飄移和聲光調制器驅動頻率的飄移。
[0043]所述另一邁克爾遜干涉儀22的輸出光經過光學分束器32分別耦合到光學濾波器42和另一光學濾波器44，采用兩個光電探測器52、54分別測量濾波后的光學信號，探測到的f目號分別記為③、④，?目號③可以表不為2fb + A(nfr2+f()2+2fb)，11為正整數，其中心頻率在2fb，信號的飄移包括超短脈沖激光器21的重復頻率飄移Afr2、載波包絡相位飄移Afo2和聲光調制器驅動頻率的飄移Afb，信號④可以表示為2fb+Λ(mfr2+fQ2+2fb)，m為正整數，其中心頻率在2fb，信號的飄移包括另一超短脈沖激光器12的重復頻率飄移、載波包絡相位飄移和聲光調制器驅動頻率的飄移。
[0044]將上述四個光電探測器51、52、53、54探測到的①、②、③和④信號按每個信號平均分為兩路，一路不倍頻，一路采用四個電學倍頻及濾波單元61、2、63、64分別對上述①、②、③和④信號作倍頻處理，對信號①和③作(P-1)倍的倍頻處理，P為正整數，對信號②和④作P倍的倍頻處理，得到四個倍頻后的信號，分別為①X (P-1)、②Xp、③X (P-1)、④Xp;采用兩個一級混頻器71、72對倍頻后的信號及不倍頻的信號作第一級混頻處理，得到四個第一級混頻后的信號，分別為:①-②=(n-m) Afr1、②Xp-①X (p-1) =2fa+Afoi+(pgm-pgn+n)Afri+2Afa、③-④=(n-m) Afr2、④Xp-③X (p-1) = 2fb+Afo2+(pgm-pgn+n)Afr2+2Afb；采用二級混頻器8對第一級混頻后的信號作第二級混頻處理，得到兩個第二級混頻后的信
(fa-fb)+Afo+(pgm-pgn+n)Afr+2A(fa-fb) ； Afo+qAfr，上述兩個信號實質上分別等于(n-m)Afr，Afo+qAfr,其中n、m、q為正整數，Afr為兩臺超短脈沖激光器11、12的相對重復頻率抖動，Af ο為兩臺超短脈沖激光器11、12的相對載波包絡相位抖動，這兩個信號就可以直接作為自適應雙光梳光譜的補償信號接入雙光梳光譜數據處理單元9。
[0045]本實用新型是這樣對樣品進行光譜測量的:將超短脈沖激光器11和另一超短脈沖激光器12兩束光入射到樣品池10中照射待測樣品，然后兩束入射光合為一束入射到干涉信號探測模塊14，干涉信號探測模塊14測量到兩超短脈沖激光器11、12的干涉信號，將該干涉信號輸入到自適應雙光梳光譜系統數據處理單元9，自適應雙光梳光譜系統數據處理單元9有三個輸入信號，該三個輸入信號分別表征為兩臺脈沖激光器11、12相對重復頻率抖動的補償信號、相對載波包絡相位抖動的補償信號和經過樣品池10后的干涉信號，自適應雙光梳光譜系統數據處理單元9通過采用表征兩臺脈沖激光器11、12相對重復頻率抖動的補償信號作為異步時鐘采樣信號，采用表征兩臺脈沖激光器11、12相對載波包絡相位抖動的補償信號與兩臺脈沖激光器11、12經過樣品池10后的干涉信號混頻的方法，分別消除兩臺脈沖激光器11、12相對重復頻率和相對載波包絡相位抖動對光譜測量的影響，獲得高精度的光譜測量結果，最后通過光譜測量結果輸出模塊13將測量數據輸出。
[0046]以上只是對本實用新型作進一步的說明，并非用以限制本專利的實施應用，凡為本實用新型等效實施，均應包含于本專利的權利要求范圍之內。
【主權項】
1.一種自適應雙光梳光譜補償信號提取系統，包括超短脈沖激光器(1)、光電探測器(5)、電學倍頻及濾波單元(6)和雙光梳光譜數據處理單元(9)，其特征在于采用兩個獨立的邁克爾遜干涉儀(2)分別測量兩臺超短脈沖激光器(I)的頻率抖動，然后將兩邁克爾遜干涉儀(2)的輸出光分別進入兩光學分束器(3)，兩光學分束器(3)將輸出光分別親合到四個光學濾波器(4)，濾波后的四個光信號分別由四個光電探測器(5)進行探測，每個光電探測器(5)將探測的光信號平均分為兩路輸出，一路輸出光經電學倍頻及濾波單元(6)后與另一路輸出光依次分別進入一級混頻(7)和二級混頻(8)，然后將二級混頻(8)處理后的光信號作為自適應雙光梳光譜的補償信號接入雙光梳光譜數據處理單元(9)。2.根據權利要求1所述自適應雙光梳光譜補償信號提取系統，其特征在于所述邁克爾遜干涉儀(2)包括分束片或光纖耦合器、兩個法拉第反射鏡、延時晶體或延時光纖和帶驅動的聲光調制器，超短脈沖激光器(I)的輸出光經過分束片或光纖耦合器按功率比為1:1分成兩束光，一束光直接經過第一法拉第反射鏡反射，回到分束片或光纖耦合器，另一束光先經過延時晶體或延時光纖，再經過帶驅動的聲光調制器，最后經過第二法拉第反射鏡反射，依次經帶驅動的聲光調制器和延時晶體或延時光纖回到分束片或光纖耦合器，兩束反射光在分束片或光纖耦合器上合成一束從邁克爾遜干涉儀(2)輸出。3.根據權利要求1所述自適應雙光梳光譜補償信號提取系統，其特征在于所述光學分束器(3)為1:1分光比的半透半反鏡片或光纖耦合器。4.根據權利要求1所述自適應雙光梳光譜補償信號提取系統，其特征在于所述光學濾波器(4)為允許特定波長的激光通過，隔絕其他波長激光通過的窄帶濾波鏡片、光纖光柵或光纖濾波器。
【文檔編號】G01J3/45GK205642621SQ201620423487
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】曾和平, 楊康文, 郝強
【申請人】上海朗研光電科技有限公司