一种基于时隙复用的光纤偏振光谱分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于时隙复用的光纤偏振光谱分析系统，包括传入光纤、偏振光分光单元、偏振光接收透镜组、偏振光探测单元、延时光纤和偏振光转换单元；传入光纤一端用来输入脉冲光信号，另一端与偏振光分光单元连接；偏振光分光单元为倾斜光纤光栅，将输入的脉冲光信号分为P偏振光和S偏振光；延时光纤用于产生延时并将P偏振光输入偏振光转换单元；偏振光转换单元将P偏振光转换为第二S偏振光，反向传输至偏振光分光单元，被偏振光分光单元下端镀的金属反射至偏振光接收透镜组和偏振光探测单元。本发明专利技术结构更简单紧凑，稳定性较高，适用于条件恶劣、复杂的野外和工业环境，可以对光谱信息进行实时、快速、高精度的分析。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时隙复用的光纤偏振光谱分析系统
本专利技术属于光偏振分析
，更具体地，涉及一种基于时隙复用的光纤偏振光谱分析系统。
技术介绍
目前，国家工业化和现代化进程的步伐不断加快，我国进一步发展更要着力解决环境污染、食品安全和药品安全等问题，如何进行实时、快速、准确的检测已经成为目前的研究热点之一。在众多的分析方法中，偏振光谱分析具有检测方便灵活、分析速度快、检测精度高、检测成本低、可以实现样品无损检测等优点，对实现食品药品生产中的实时在线过程分析以及对环境污染物进行快速检测和监测等应用具有很大的促进作用和重要的意义，是实现现代化操作和控制的重要组成部分。相比于目前广泛使用的化学分析方法，在提高生产效率和质量方面取得了显著的成果。偏振是光的重要特性之一，其包含了许多重要的信息。目前，光的偏振特性在许多领域都得到了重要的应用，例如利用偏振复用的光通信系统突破了传统复用机制的限制，成倍地提高了系统的传输速率和传输容量；在成像系统中引入偏振信息，可以获得具有较高分辨能力的图像，同时可以获得传统的强度成像系统无法捕获到的一些信息，增强成像效果。通过对物体反射光偏振信息进行解调，可以获得物体的一些独特的特性，在物质成分分析中发挥着重要的作用。通过分析偏振态，对准确快速地分析输入光中的信息具有重要意义。目前现有的光谱分析技术主要是通过光谱仪进行分析，通过转动其中的分光部件来实现对信号光的光谱分析，光谱分析系统中包含有活动的部件，故抗震性能较差，不适用于环境复杂、恶劣的野外实地实时测量分析，同时系统内光学元件较多，光路复杂，价格也较为昂贵，维护成本较高，不利于光谱分析的广泛应用。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于时隙复用的光纤偏振光谱分析系统，旨在解决现有偏振光谱分析系统由于内部有活动部件和光学元件较多而导致的稳定性差、系统结构复杂的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于时隙复用的光纤偏振光谱分析系统，包括传入光纤、偏振光分光单元、偏振光接收透镜组、偏振光探测单元、延时光纤和偏振光转换单元；传入光纤一端用来输入脉冲光信号，另一端与偏振光分光单元连接；偏振光分光单元为倾斜光纤光栅，下端镀有金属，将输入的脉冲光信号分为平行于光纤轴向的P偏振光和垂直于光纤轴向的S偏振光；偏振光反光单元沿垂直于光纤轴向放在依次设置有偏振光接收透镜组和偏振光探测单元；延时光纤用于产生延时并将P偏振光输入偏振光转换单元；偏振光转换单元将输入的P偏振光转换为第二S偏振光，被反射的第二S偏振光经延时光纤反向传输至偏振光分光单元，被偏振光分光单元下端镀的金属沿垂直于光纤轴向方向反射至偏振光接收透镜组。优选地，倾斜光纤光栅的下端镀的金属为金，将光反射传输至偏振光接收透镜组。优选地，倾斜光纤光栅位于传入光纤快轴上，当有脉冲光信号传输至偏振光分光单元时，脉冲光信号中的S偏振分量会发生衍射传输至偏振光接收透镜组，脉冲光信号中的P偏振分量继续向前传输至延时光纤。优选地，倾斜光纤光栅的倾斜角度为23.1°～66.9°，即凡是能产生辐射的倾斜角度都可以实现，其中倾斜角度为45°时为最优偏振分离。优选地，传入光纤为保偏光纤，保证脉冲光信号线偏振方向不变。优选地，偏振转换单元为法拉第旋镜，用于将输入的光的偏振方向变为垂直正交的方向，即将输入的P偏振光转换为第二S偏振光，传输至倾斜光纤光栅处时向下端发生衍射。优选地，偏振光接收透镜组包括柱透镜和平凸透镜，用于将接收到的偏振光进行准直聚焦，所述平凸透镜位于所述柱透镜后方，所述平凸透镜平面靠近所述柱透镜，凸面位于另一侧。优选地，偏振光探测单元为一个线阵CCD，采用FPGA进行分析处理获得不同偏振态的光谱信息。优选地，不同偏振态的光谱信息包括S偏振光、第二S偏振光以及二者的叠加。若S偏振光的表达式为PS＝AE1，第二S偏振光的表达式为PP＝BE2，则接收到的S偏振光的光强为A2，第二S偏振光的光强为B2，两者相叠加的光强为A2+B2。优选地，延时光纤将脉冲光信号产生延迟，延迟可使经过倾斜光纤光栅再次衍射出的第二S偏振光分量在两个相邻的脉冲间隔中，从而实现时隙复用。脉冲间隔足够长，能使经过法拉第旋镜反射回的光再次经过倾斜光栅衍射出去时在脉冲间隔中，从而避免光信号的混叠。延时光纤的长度L和光脉冲间隔Δt的关系满足：其中C为真空中光的传播速度，C＝3×108m/s，n为延时光纤的折射率。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本专利技术提供的光纤偏振光谱分析系统采用下端镀金的倾斜光纤光栅，通过法拉第旋镜将P偏振光转换为S偏振光，因此对于两束S偏振光的探测只需要一套系统即可，从而使本系统的结构更简单紧凑，稳定性较高，适用于条件恶劣、复杂的野外和工业环境；2、本专利技术采用了倾斜角度可变的倾斜光纤光栅为分光单元，通过调整光栅的倾斜角度，可获得不同的应用波长范围，避免了传统光谱仪中需要转动色散元件获取波长扫描缺陷，可以对光谱信息进行实时、快速、高精度的分析；3、本专利技术采用了延时光纤，将脉冲光信号产生了延迟，产生的延迟可使经过倾斜光纤光栅再次衍射出的第二S偏振光分量在两个相邻的脉冲间隔中，从而实现时隙复用，以避免混叠。附图说明图1是本专利技术提供的光纤偏振光谱系统的结构示意图；图2是本专利技术提供的光纤偏振光谱系统的倾斜光纤光栅的结构示意图；图3是本专利技术提供的倾斜光纤光栅在不同倾斜角度下的光信号偏振度示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种基于时隙复用的光纤偏振光谱分析系统，包括传入光纤、偏振光分光单元、偏振光接收透镜组、偏振光探测单元、延时光纤和偏振光转换单元；传入光纤一端用来输入脉冲光信号，另一端与偏振光分光单元连接；偏振光分光单元为倾斜光纤光栅，下端镀有高反射率金属，将输入的脉冲光信号分为平行于光纤轴向的P偏振光和垂直于光纤轴向的S偏振光；偏振光反光单元沿垂直于光纤轴向放在依次设置有偏振光接收透镜组和偏振光探测单元；延时光纤用于产生延时并将P偏振光输入偏振光转换单元；偏振光转换单元将输入的P偏振光转换为第二S偏振光，被反射的第二S偏振光经延时光纤反向传输至偏振光分光单元，被偏振光分光单元下端镀的金属沿垂直于光纤轴向方向反射至偏振光接收透镜组。具体地，倾斜光纤光栅的下端镀的金属为金，将光反射传输至偏振光接收透镜组。具体地，倾斜光纤光栅位于传入光纤快轴上，当有脉冲光信号传输至偏振光分光单元时，脉冲光信号中的S偏振分量会发生衍射传输至偏振光接收透镜组，脉冲光信号中的P偏振分量继续向前传输至延时光纤。具体地，倾斜光纤光栅的倾斜角度为23.1°～66.9°，即凡是能产生辐射的倾斜角度都可以实现，其中倾斜角度为45°时为最优偏振分离。具体地，传入光纤为保偏光纤，保证脉冲光信号线偏振方向不变。具体地，偏振转换单元为法拉第旋镜，用于将输入的光的偏振方向变为垂直正交的方向，即将输入的P偏振光转换为第二S偏振光，传输至倾斜光纤光栅处时向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时隙复用的光纤偏振光谱分析系统，其特征在于，包括传入光纤、偏振光分光单元、偏振光接收透镜组、偏振光探测单元、延时光纤和偏振光转换单元；所述传入光纤一端用来输入脉冲光信号，另一端与所述偏振光分光单元连接；所述偏振光分光单元为倾斜光纤光栅，下端镀有金属，将输入的脉冲光信号分为平行于光纤轴向的P偏振光和垂直于光纤轴向的S偏振光；所述偏振光反光单元沿垂直于光纤轴向放在依次设置有所述偏振光接收透镜组和所述偏振光探测单元；所述延时光纤用于产生延时并将P偏振光输入所述偏振光转换单元；所述偏振光转换单元将输入的P偏振光转换为第二S偏振光，被反射的第二S偏振光经延时光纤反向传输至偏振光分光单元，被偏振光分光单元下端镀的金属沿垂直于光纤轴向方向反射至偏振光接收透镜组。

【技术特征摘要】
1.一种基于时隙复用的光纤偏振光谱分析系统，其特征在于，包括传入光纤、偏振光分光单元、偏振光接收透镜组、偏振光探测单元、延时光纤和偏振光转换单元；所述传入光纤一端用来输入脉冲光信号，另一端与所述偏振光分光单元连接；所述偏振光分光单元为倾斜光纤光栅，下端镀有金属，将输入的脉冲光信号分为平行于光纤轴向的P偏振光和垂直于光纤轴向的S偏振光；所述偏振光反光单元沿垂直于光纤轴向放在依次设置有所述偏振光接收透镜组和所述偏振光探测单元；所述延时光纤用于产生延时并将P偏振光输入所述偏振光转换单元；所述偏振光转换单元将输入的P偏振光转换为第二S偏振光，被反射的第二S偏振光经延时光纤反向传输至偏振光分光单元，被偏振光分光单元下端镀的金属沿垂直于光纤轴向方向反射至偏振光接收透镜组。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述倾斜光纤光栅的下端镀的金属为金。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述倾斜光纤光栅位于传入光纤快轴上。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述倾斜光纤光栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫志君，贺沁筠，覃华宝，孙琪真，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42