基于色散傅里叶变换的自校准集成式高速实时光谱分析仪制造技术

本发明专利技术提供一种基于色散傅里叶变换的自校准集成式高速实时光谱分析仪，其内部光栅倾斜设置的啁啾光纤布拉格光栅的周期沿轴向长度方向呈线性变化，啁啾光纤布拉格光栅的输入端输入待测光源，反射输出端与第一高速光电探测器的探测端连接，第一高速光电探测器的输出端与示波器的输入端连接，示波器的输出端连接处理装置；级联光电探测系统包括多个第二光电探测器，每个第二光电探测器都设置在啁啾光纤布拉格光栅的对应位置处，用于探测对应位置处泄漏出来的反射光信号且其输出端都与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端连接处理装置的第二输入端。本发明专利技术可以对快速变化光谱进行精确快速且自校准的光谱分析。

Self-calibration integrated high-speed real-time spectral analyzer based on dispersion Fourier transform

【技术实现步骤摘要】
基于色散傅里叶变换的自校准集成式高速实时光谱分析仪
本专利技术属于光谱分析仪领域，具体涉及一种基于色散傅里叶变换的自校准集成式高速实时光谱分析仪。
技术介绍
高速光谱分析仪具有分析速度快、分辨率高、实时性好等优点，在基于瞬态光谱测量的生化检测、多光子成像、超快激光测量等特殊前沿科研领域有十分重要的作用。现有的光谱分析仪工作原理主要由以下两种：一种通过机械扫描装置对被测激光进行扫描以达到分光的目的，再通过光电探测系统以及示波器来进行光谱分析；另一种利用光栅、光纤、光纤布拉格光栅等色散元件的色散特性对被测激光进行分光，再外接光电探测系统来进行信号的接收，最终在示波器上显示相应的光谱图。但依靠机械扫描或成像技术的标准光谱学，可达到的扫描速率(帧速率)通常太慢，无法解决激光系统的快速光谱动力学问题。利用色散元件进行分光的机制只能捕获相当长一段时间内的平均数据，无法实现待测光源中绝对波长的实时测量，并且在测量绝对波长时，无法进行实时校准，而是需要进行多次测量来进行后期校准，使得系统损耗较大，信噪比高。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于色散傅里叶变换的自校准集成式高速实时光谱分析仪，以解决目前光谱分析仪无法对待测光源中绝对波长进行实时测量和实时校准的问题。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种基于色散傅里叶变换的自校准集成式高速实时光谱分析仪，包括内部光栅倾斜设置的啁啾光纤布拉格光栅、第一高速光电探测器、级联光电探测系统、示波器、数据采集卡和处理装置，其中所述啁啾光纤布拉格光栅的周期沿轴向长度方向呈线性变化，所述啁啾光纤布拉格光栅的输入端用于输入待测光源，反射输出端与所述第一高速光电探测器的探测端连接，所述第一高速光电探测器的输出端与所述示波器的输入端连接，所述示波器的输出端连接所述处理装置的第一输入端；所述级联光电探测系统包括多个第二光电探测器，每个第二光电探测器的探测端都设置在所述啁啾光纤布拉格光栅的对应位置处，针对每个对应位置，所述啁啾光纤布拉格光栅在该对应位置处向后反射回所述待测光源中对应波长的光成分，在内部倾斜光栅的影响下，在各个对应位置处反射回的部分光信号被泄漏出来，每个第二光电探测器都用于探测对应位置处泄漏出来的反射光信号且其输出端都与所述数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端连接所述处理装置的第二输入端；所述待测光源向前传输至所述啁啾光纤布拉格光栅后，一方面所述啁啾光纤布拉格光栅基于色散傅里叶变换将该待测光源的频域信息转换为时域信息，向后反射形成以时间为变量的波形曲线，所述第一高速光电探测器对所述波形曲线进行采集并传输给所述示波器，所述示波器对所述波形曲线进行显示，并将所述波形曲线传输给所述处理装置；另一方面所述级联光电探测器中各个第二光电探测器在探测到泄漏出来的反射光信号后，采集到其探测到的反射光信号对应的脉冲强度，从而形成包括不同波长下反射光信号脉冲强度的包络曲线，所述数据采集卡对所述包络曲线进行采集，并将所述包络曲线发送给所述处理装置；所述处理装置对所述波形曲线和包络曲线进行拟合，实现待测光源中绝对波长的实时自校准和测量。在一种可选的实现方式中，所述内部光栅的倾斜角度取值范围为30°-60°。在另一种可选的实现方式中，所述内部光栅的倾斜角度相同。在另一种可选的实现方式中，所述处理装置为计算机，所述计算机利用MATLAB对所述波形曲线和包络曲线进行拟合，还利用MFC对拟合后的光谱曲线图进行显示。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过将待测光源输入啁啾光纤布拉格光栅中，利用啁啾光纤布拉格光栅基于色散傅里叶变换将待测光源中的频域信息转换为时域信息，向后反射形成以时间为变量的波形曲线，由此可以实现绝对波长的实时测量，并且本专利技术通过使啁啾光纤布拉格光栅的周期沿轴向长度方向呈线性变化，可以避免第一高速光电探测器在解调探测到的不同波长下的反射光信号时出现错误，并且可以保证色散均匀，使频域光谱等比例映射到时序，实现光展宽，能够达到降低峰值功率，从而在增益介质中实现脉冲激光的放大，避免非线性因素在放大过程中的影响。此外，本专利技术通过将啁啾光纤布拉格光栅中的内部光栅倾斜设置，使反射回来的光信号中有部分光信号泄露出来，被对应的第二光电探测器探测到，使各个第二光电探测器对对应波长光信号的脉冲强度进行采集，从而获得包括不同波长反射光信号脉冲强度的包络曲线，利用该包络曲线对波形曲线中对应的脉冲强度进行校准，可以实现待测光源中绝对波长的实时自校准。由此，本专利技术基于倾斜的啁啾光纤布拉格光栅并利用色散傅里叶变换可以实现对超快激光等快速变化的光谱进行精确快速且自校准的光谱分析，并可以将光谱分析速度提升至MHZ、GHZ量级。2、本专利技术啁啾光纤布拉格光栅中内部光栅的倾斜角度取值范围为30°-60°，由此不仅可以保证第二光电探测器采集到对应波长的反射光信号，而且可以保证第一高速光电探测器能够采集到所有反射回的光信号。附图说明图1是本专利技术基于色散傅里叶变换的自校准集成式高速实时光谱分析仪的一个实施例结构示意图；图2是啁啾光纤布拉格光栅简图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术实施例中技术方案作进一步详细的说明。在本专利技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。参见图1，为本专利技术基于色散傅里叶变换的自校准集成式高速实时光谱分析仪的一个实施例结构示意图。该光谱分析仪可以包括内部光栅倾斜设置的啁啾光纤布拉格光栅1、第一高速光电探测器2、级联光电探测系统3、示波器5、数据采集卡4和处理装置6，其中所述啁啾光纤布拉格光栅1的周期沿轴向长度方向呈线性变化，所述啁啾光纤布拉格光栅1的输入端用于输入待测光源，反射输出端与所述第一高速光电探测器2的探测端连接，所述第一高速光电探测器2的输出端与所述示波器5的输入端连接，所述示波器5的输出端连接所述处理装置6的第一输入端；所述级联光电探测系统3包括多个第二光电探测器31，每个第二光电探测器31的探测端都设置在所述啁啾光纤布拉格光栅1的对应位置处(例如贴在对应位置表面上)，针对每个对应位置，所述啁啾光纤布拉格光栅1在该对应位置处向后反射回所述待测光源中对应波长的光成分，在内部倾斜光栅的影响下，在各个对应位置处反射回的部分光信号被泄漏出来，每个第二光电探测器31都用于探测对应位置处泄漏出来的反射光信号且输出端都与所述数据采集卡4的输入端连接，所述数据采集卡4的输出端连接所述处理装置6的第二输入端。所述待测光源向前传输至所述啁啾光纤布拉格光栅1后，一方面所述啁啾光纤布拉格光栅1基于色散傅里叶变换将该待测光源的频域信息转换为时域信息，向后反射形成以时间为变量的波形曲线，所述第一高速光电探测器2对所述波形曲线进行采集并传输给所述示波器5，所述示波器5对所述波形曲线进行显示，并将所述波形曲线传输给所述处理装置6；另一方面所述级联光电探测器3中各个第二光电探测器31在探测到泄漏出来的反射光信号后，采集到其探测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于色散傅里叶变换的自校准集成式高速实时光谱分析仪，其特征在于，包括内部光栅倾斜设置的啁啾光纤布拉格光栅、第一高速光电探测器、级联光电探测系统、示波器、数据采集卡和处理装置，其中所述啁啾光纤布拉格光栅的周期沿轴向长度方向呈线性变化，所述啁啾光纤布拉格光栅的输入端用于输入待测光源，反射输出端与所述第一高速光电探测器的探测端连接，所述第一高速光电探测器的输出端与所述示波器的输入端连接，所述示波器的输出端连接所述处理装置的第一输入端；所述级联光电探测系统包括多个第二光电探测器，每个第二光电探测器的探测端都设置在所述啁啾光纤布拉格光栅的对应位置处，针对每个对应位置，所述啁啾光纤布拉格光栅在该对应位置处向后反射回所述待测光源中对应波长的光成分，在内部倾斜光栅的影响下，在各个对应位置处反射回的部分光信号被泄漏出来，每个第二光电探测器都用于探测对应位置处泄漏出来的反射光信号且其输出端都与所述数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端连接所述处理装置的第二输入端；所述待测光源向前传输至所述啁啾光纤布拉格光栅后，一方面所述啁啾光纤布拉格光栅基于色散傅里叶变换将该待测光源的频域信息转换为时域信息，向后反射形成以时间为变量的波形曲线，所述第一高速光电探测器对所述波形曲线进行采集并传输给所述示波器，所述示波器对所述波形曲线进行显示，并将所述波形曲线传输给所述处理装置；另一方面所述级联光电探测器中各个第二光电探测器在探测到泄漏出来的反射光信号后，采集到其探测到的反射光信号对应的脉冲强度，从而形成包括不同波长下反射光信号脉冲强度的包络曲线，所述数据采集卡对所述包络曲线进行采集，并将所述包络曲线发送给所述处理装置；所述处理装置对所述波形曲线和包络曲线进行拟合，实现待测光源中绝对波长的实时自校准和测量。...

【技术特征摘要】
1.一种基于色散傅里叶变换的自校准集成式高速实时光谱分析仪，其特征在于，包括内部光栅倾斜设置的啁啾光纤布拉格光栅、第一高速光电探测器、级联光电探测系统、示波器、数据采集卡和处理装置，其中所述啁啾光纤布拉格光栅的周期沿轴向长度方向呈线性变化，所述啁啾光纤布拉格光栅的输入端用于输入待测光源，反射输出端与所述第一高速光电探测器的探测端连接，所述第一高速光电探测器的输出端与所述示波器的输入端连接，所述示波器的输出端连接所述处理装置的第一输入端；所述级联光电探测系统包括多个第二光电探测器，每个第二光电探测器的探测端都设置在所述啁啾光纤布拉格光栅的对应位置处，针对每个对应位置，所述啁啾光纤布拉格光栅在该对应位置处向后反射回所述待测光源中对应波长的光成分，在内部倾斜光栅的影响下，在各个对应位置处反射回的部分光信号被泄漏出来，每个第二光电探测器都用于探测对应位置处泄漏出来的反射光信号且其输出端都与所述数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端连接所述处理装置的第二输入端；所述待测光源向前传输至所述啁啾光纤布拉格光栅后，一方面所述啁啾光纤布拉格光栅基于色散傅里叶变换将该待测光源的频域信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：高磊，王星儿，杨萱，钟灿，朱涛，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50