基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪制造技术

本发明专利技术提供的基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪，包括同步控制器、脉冲光源、高速采集卡、计算机系统、第一光电探测器、第二光电探测器和测试光路系统；所述同步控制器有四个输出端，其中两个输出端一个与脉冲光源相连，另一个与计算机相连。同步控制器的另外两个输出端分别与高速采集卡的两个通道相连，对应输出的两路信号分别作为两个通道的外触发信号，用于控制高速采集卡采集对应两个通道中的信号；所述高速采集卡的两个通道同时分别与第一光电探测器和第二光电探测器连接。该测试仪可以精确测量宽波长范围、宽脉宽范围的光脉冲信号。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供的基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪，包括同步控制器、脉冲光源、高速采集卡、计算机系统、第一光电探测器、第二光电探测器和测试光路系统；所述同步控制器有四个输出端，其中两个输出端一个与脉冲光源相连，另一个与计算机相连。同步控制器的另外两个输出端分别与高速采集卡的两个通道相连，对应输出的两路信号分别作为两个通道的外触发信号，用于控制高速采集卡采集对应两个通道中的信号；所述高速采集卡的两个通道同时分别与第一光电探测器和第二光电探测器连接。该测试仪可以精确测量宽波长范围、宽脉宽范围的光脉冲信号。【专利说明】基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪
本专利技术属于光谱特性测量
，具体涉及一种基于脉冲同步测量技术的光谱 特性测试仪。
技术介绍
光谱测量技术是一种常用于对物质特性的表征和状态的诊断技术，它被广泛应用 在光学、材料学、生物化学、医学等各个领域。随着激光技术的发展，各种脉冲激光器技术W 及脉冲激光应用已经非常成熟，然而脉冲激光W及脉冲激光激发材料产生的脉冲光信号的 光谱测量仍然是一个需要进一步研究的问题，该包括光脉冲的光谱成分分析、时间特性曲 线分析和偏振态分析等。 目前，常用于测量脉冲光谱的技术主要有CCD成像法和波长扫描法。CCD成像法是 将分光后的光信号直接照射到线阵CCD上，CCD上不同像素元对应着不同波长，一次性记录 每个像素元的信号强度来获取光脉冲的光谱成分。该方法优点是光谱测量速度快，对光源 系统的稳定性没有很高的要求，系统装置比较简单，效率高；但成本高，光谱精度与可测量 光谱范围难W同时提高，而且光谱精度受CCD器件集成度影响。 上述两种方法中，使用较多的光谱测量方法是波长扫描法。波长扫描法是每次可 测量的光波长是单一的，一般是通过转动测试系统中分光元件，使得在每次转动过程中探 测器接收到的波长不一样，从而记录得到光脉冲的光谱成分，W实现光谱的扫描测量。该方 法成本较低，精度高，其系统的抗噪声和抖动的性能好，且光谱稳定性高；但效率较低，光源 输出的光脉冲要求比较稳定。此外，基于波长扫描法的光谱测量技术中最关键的是同步测 量技术，目前常用的同步测量技术是锁相技术。它是将电路输出的时钟与其外部的参考时 钟保持同步的反馈控制技术，当参考时钟的频率或相位发生改变时，锁相器会检测到该种 变化，并且通过其内部的反馈系统来调节输出频率，直到电路输出时钟与参考时钟重新同 步。锁相放大器是典型的利用锁相技术来实现脉冲信号采集的器件，在同步测量领域具有 非常成熟的应用。它的原理是利用同步技术得到有用的同步脉冲信号，然后对同步脉冲在 某时间段内的信号进行积分从而提取出信号强度。该种方法对于脉宽较长的信号是合理 的，但对于脉宽较短的信号采集，由于脉冲的占空比非常小，该种方法难W实现。该是因为 锁相放大器的最小时间常数基本都在微砂量级及W上，对于微砂W及微妙W上脉宽的脉冲 信号，在积分时间段内总能采集到全部或大部分有用同步信号，而纳砂W及纳砂W下脉宽 的脉冲信号，如果积分时间长会使得脉冲信号得到一个很大程度的平滑，而出现严重失真。 但如果积分时间短，由于锁相放大器没有延时可调和可视化的信号时序图功能，因而可能 会出现完全采集不到有用信号的情况。W上该些问题的存在使得光脉冲的光谱特性测量成 为一个难题，极大地阻碍了脉冲光源在各个领域中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于脉冲同步测量技术的光谱特 性测试仪，该测试仪可w精确测量宽波长范围、宽脉宽范围的光脉冲信号，特别是对于纳砂 级甚至更短脉宽的光脉冲信号也能精确测量。 本专利技术提供的基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪，包括同步控制器、脉冲 光源、高速采集卡、计算机系统、第一光电探测器、第二光电探测器和测试光路系统； 所述同步控制器有四个输出端，同时输出四路同步信号，每路同步信号之间有一 定延时，其中两个输出端中一个与脉冲光源相连，另一个与计算机系统相连，同步控制器的 另外两个输出端分别与高速采集卡的两个通道相连；所述高速采集卡的两个通道同时分别 与第一光电探测器和第二光电探测器连接； 所述测试光路系统构成如下：包括第一反射镜、起偏器、分束镜、透镜、入射狭缝、 第二反射镜、分光器、第H反射镜和出射狭缝；由脉冲光源发出的脉冲光经第一反射镜反射 改变传播方向后经过起偏器，入射到分束镜上被分为两束光，一束作为参考光，一束作为有 用光；所述参考光入射到第一光电探测器中被转换为参考信号，所述有用光经过位于其光 路上的透镜被聚焦后经过入射狭缝，入射到第二反射镜上，经第二反射镜反射到与计算机 系统连接的分光器上，经分光器反射后再入射到第H反射镜上，经第H反射镜反射进入出 射狭缝，经出射狭缝后入射到第二光电探测器中被转换为有用信号。 上述基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪，所述同步控制器输出的同步信号 的脉宽、频率W及同步信号之间的延时是可调的，最小延时精度为1纳砂。 上述基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪，所述脉冲光源为脉冲激光光源、 脉冲激光粟浦激发的非线性脉冲光源、或电粟浦激发产生的脉冲光源中的一种。 上述基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪，所述高速采集卡可采集脉冲宽度 为亚纳砂及W上的电信号。 上述基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪，所述分光器由多块光栅集成成光 栅组并固定在旋转台上构成，通过计算机系统控制旋转台转动，从而改变第二光电探测器 采集到的光波长。 上述基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪，所述入射狭缝和出射狭缝的宽度 可调，其可调宽度根据光脉冲信号强度和实际需要的光谱精度进行调整。 上述基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪，所述第一和第二光电探测器为光 电倍增管、蹄化钢（InTe)光电探测器、蹄領隶（MCT)光电探测器、或能量计中的一种，其响 应时间小于光脉冲宽度。 本专利技术所述基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪中的所有仪器及元件均从 市场购买得到。 本专利技术所述基于脉冲同步测量技术的光谱特性测试仪的工作原理： 所述同步控制器同时输出四路同步信号，每路同步信号之间有一定延时，与脉冲 光源相连的输出端输出第一路同步信号，作为脉冲光源的外触发信号，用于控制光脉冲的 输出。与高速采集卡的两个通道分别相连的输出端输出第二路和第H路同步信号，分别作 为高速采集卡中两个通道的外触发信号，第二路同步信号用于控制高速采集卡采集对应通 道中的参考信号，第H路同步信号用于控制高速采集卡采集对应通道中的有用信号，采集 时间是同步信号的脉宽。与计算机相连的输出端输出第四路同步信号，用于通知计算机系 统读取高速采集卡中的数据。脉冲光源在接收到第一路同步信号后输出光脉冲信号，经分 束镜分成两束光，一束作为参考光，另一束作为有用光，参考光入射到与第一光电探测器 上，被转换为电信号输出，作为参考信号，被传送到高速采集卡的接收第二路同步信号的通 道中。有用光经过分光器后被分成一束单一波长的光，入射到第二光电探测器上，被转换为 电信号输出，作为有用信号，被传送到高速采集卡的接收第H路同步信号的通道中。高速采 集卡在第二路和第H路同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脉冲同步技术的光谱特性测试仪，其特征在于包括同步控制器(1)、脉冲光源(2)、高速采集卡(3)、计算机系统(4)、第一光电探测器(5)、第二光电探测器(15)和测试光路系统；所述同步控制器(1)有四个输出端，同时输出四路同步信号，每路同步信号之间有一定延时，其中两个输出端中一个与脉冲光源(2)相连，另一个与计算机系统(4)相连，同步控制器的另外两个输出端分别与高速采集卡(3)的两个通道相连；所述高速采集卡的两个通道同时分别与第一光电探测器(5)和第二光电探测器(15)连接；所述测试光路系统构成如下：包括第一反射镜(6)、起偏器(7)、分束镜(8)、透镜(9)、入射狭缝(10)、第二反射镜(11)、分光器、第三反射镜(13)和出射狭缝(14)；由脉冲光源(2)发出的脉冲光经第一反射镜(6)反射改变传播方向后经过起偏器(7)，入射到分束镜(8)上被分为两束光，一束作为参考光，一束作为有用光；所述参考光入射到第一光电探测器(5)中被转换为参考信号，所述有用光经过位于其光路上的透镜(9)被聚焦后经过入射狭缝(10)，入射到第二反射镜(11)上，经第二反射镜反射到与计算机系统连接的分光器上，经分光器反射后再入射到第三反射镜(13)上，经第三反射镜反射进入出射狭缝(14)，经出射狭缝后入射到第二光电探测器(15)中被转换为有用信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国英，姚轲，张弘，周寿桓，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51