本发明专利技术公开了一种多端口宽谱整形器件，用于计算式光谱测量的光谱全局采样；其包括：一个主环形谐振器和多个次级环形谐振器；主环形谐振器包括一个环形波导和设置于该环形波导外部并与环形波导分别耦合的多个线性波导；次级环形谐振器设置于环形波导的环内且与主环形耦合器分别耦合，次级环形谐振器顺次排列成一条曲线，任意相邻的两个次级环形谐振器相互耦合；线性波导的其中一个端口作为器件的输入端口，其余端口中的多个作为器件的输出端口；该多端口宽谱整形器件的整形参数被配置为使得输入端口到各输出端口的传输函数互不相同。本发明专利技术还公开了一种计算式光谱仪。本发明专利技术无需额外的多路分光器件，在保持性能的同时大幅降低器件尺寸和损耗。低器件尺寸和损耗。低器件尺寸和损耗。
【技术实现步骤摘要】
多端口宽谱整形器件及计算式光谱仪
[0001]本专利技术属于光谱测量
，尤其涉及一种用于计算式光谱测量的多端口宽谱整形器件。
技术介绍
[0002]为了检测目标光谱的信息，光谱仪应运而生，它能够恢复出所输入的任意未知光谱。光谱仪广泛应用于通信、材料学、天文学、地理科学、遥感等领域。随着物联网和智能设备的发展，迫切需要能够单次测量即可重建光谱的集成光谱仪，如智能可穿戴设备、便携式医疗设备、无人机遥感等等。现有的集成光谱仪多采用窄带分光式，即利用窄带滤波器或分光光栅将待测光谱不同波长成分提取至不同通道进行单独测量。所需通道数量等于光谱仪带宽和精度的比值。这种方案原理简单，但是为了获得大带宽、高精度势必要提高分光通道数量，导致每个探测器接收到的信号能量下降，影响了系统尺寸和信噪比，因此难以兼顾带宽、精度、尺寸和信噪比。
[0003]而计算式光谱仪由于可有效解决上述问题而日益成为研究热点。计算式光谱仪的基本原理如下：首先将信号均匀分光至M路，随后分别通过M个具有不同传输函数的双端口宽带光谱整形器件（1个输入端、1个输出端）对信号进行光谱全局采样，采样结果经过光电转换为电信号在经过特定算法处理后即可重建未知光谱。在采用高性能宽带光谱整形器件时，产生同样性能（带宽、精度）时计算式光谱仪所需分光通道数量M（也即宽带光谱整形器件数量）可远远小于传统的光谱仪所需的分光通道数量，因此能够在保持光谱仪大带宽、高精度优点的同时，有效提升光谱仪信噪比、减小系统尺寸。
[0004]现有的计算式光谱仪均基于上述结构，即先分光至多路，然后每路连接一个双端口宽谱整形器如图1所示。而多路分光器件一般采用二叉树的结构，尺寸大、插损高、输出端口数量不灵活(只能为)、扩展性差。尤其是当面向超高性能计算式光谱仪时，所需的分光通道数量M（也即宽带光谱整形器件数量）也较大，导致多路分光器件尺寸巨大，急需新结构解决分光器件带来的额外尺寸和损耗。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种多端口宽谱整形器件，用于计算式光谱测量时，无需额外的多路分光器件，在保持性能的同时大幅降低器件尺寸和损耗。
[0006]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种多端口宽谱整形器件，用于计算式光谱测量的光谱全局采样；所述多端口宽谱整形器件包括：一个主环形谐振器和多个次级环形谐振器；所述主环形谐振器包括一个环形波导和设置于该环形波导外部并与环形波导分别耦合的多个线性波导；所述多个次级环形谐振器设置于所述环形波导的环内且与主环形耦合器分别耦合，所述多个次级环形谐振器顺次排列成一条曲线，任意相邻的两个次级环形谐振器相互耦合；所述多个线性波导
的所有输入输出端口中的其中一个作为该多端口宽谱整形器件的输入端口，其余输入输出端口中的多个作为该多端口宽谱整形器件的输出端口；该多端口宽谱整形器件的整形参数被配置为使得输入端口到各输出端口的传输函数互不相同。
[0007]优选地，所述多个次级环形谐振器顺次排列成的曲线为闭合曲线。
[0008]优选地，该多端口宽谱整形器件的整形参数包括以下多种参数中的至少一种：各次级环形谐振器与主环形谐振器之间的耦合系数，各次级环形谐振器相互之间的耦合强度，主环形谐振器和各次级环形谐振器的谐振腔长度。
[0009]优选地，次级环形谐振器的数量大于6。
[0010]优选地，该多端口宽谱整形器件的输出端口数量大于10。
[0011]优选地，所述整形参数使用以下方法得到：将该多端口宽谱整形器件的各输出端口分别等效为一个双端口宽谱整形器件；然后以该多端口宽谱整形器件的整形参数作为待优化参数，以各双端口宽谱整形器件相互之间的相关性最小的同时单个双端口宽谱整形器件的传输函数在波长域的随机性最大为优化目标，使用多目标优化方法对待优化参数进行优化。
[0012]进一步优选地，用传输函数间的互相关系数度量各双端口宽谱整形器件相互之间的相关性。
[0013]进一步优选地，以极点数量和/或自相关系数度量单个宽带光谱整形器件传输函数在波长域的随机性。
[0014]优选地，所述整形参数被配置为随机分布。
[0015]基于本专利技术多端口宽谱整形器件还可得到以下技术方案：一种计算式光谱仪，包括采样单元，用于同时使用多个具有不同传输函数的宽谱整形器件分别进行光谱全局采样，所述采样单元为如上任一技术方案所述多端口宽谱整形器件。
[0016]相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术所提出的多端口宽谱整形器件，具有1个输入和多个输出端口，无需额外的多路分光器件，具有紧凑的尺寸和优越的扩展性；同时具有丰富的设计自由度，可以保证每个输出端口产生高度随机的传输函数并且任意两个输出端口可产生高度线性不相关的传输函数。
[0017]本专利技术所提出的计算式光谱仪，通过单次测量即可高精度地重建输入光谱，由于采用上述多端口宽谱整形器件，制造难度、制造成本得到大幅降低，同时测量精度有效提升，其实用性远超现有的计算式光谱仪。
附图说明
[0018]图1为现有计算式光谱测量装置的结构原理示意图；图2为本专利技术多端口宽谱整形器件一个具体实施例的结构原理示意图；图3为一个包含10个次级环形谐振器和19个输出端口的多端口宽谱整形器件其中两个输出端口的传输函数仿真结果；图4 为采用一个包含10个次级环形谐振器和19个输出端口的多端口宽谱整形器件实现的光谱重建仿真结果。
具体实施方式
[0019]针对现有技术存在的需要大尺寸、可扩展性差的多路分光器件的不足，本专利技术的解决思路是提出一个结构紧凑的多端口宽谱整形器件，每个端口均可产生高度随机且不同的传输函数，实现对待测信号光谱的全局采样，待测信号输入至该器件后，无需分光，器件每个端口均可视为一个独立的双端口宽带光谱整形器。
[0020]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种多端口宽谱整形器件，用于计算式光谱测量的光谱全局采样；所述多端口宽谱整形器件包括：一个主环形谐振器和多个次级环形谐振器；所述主环形谐振器包括一个环形波导和设置于该环形波导外部并与环形波导分别耦合的多个线性波导；所述多个次级环形谐振器设置于所述环形波导的环内且与主环形耦合器分别耦合，所述多个次级环形谐振器顺次排列成一条曲线，任意相邻的两个次级环形谐振器相互耦合；所述多个线性波导的所有输入输出端口中的其中一个作为该多端口宽谱整形器件的输入端口，其余输入输出端口中的多个作为该多端口宽谱整形器件的输出端口；该多端口宽谱整形器件的整形参数被配置为使得输入端口到各输出端口的传输函数互不相同。
[0021]所述多个次级环形谐振器顺次排列成的曲线可以为闭合曲线，也可以为非闭合曲线；优选为闭合曲线，即曲线首、尾的两个次级环形谐振器也相互耦合。
[0022]优选地，该多端口宽谱整形器件的整形参数包括以下多种参数中的至少一种：各次级环形谐振器与主环形谐振器之间的耦合系数，各次级环形谐振器相互之间的耦合强度，主环形谐振器和各次级环本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多端口宽谱整形器件，用于计算式光谱测量的光谱全局采样；其特征在于，所述多端口宽谱整形器件包括：一个主环形谐振器和多个次级环形谐振器；所述主环形谐振器包括一个环形波导和设置于该环形波导外部并与环形波导分别耦合的多个线性波导；所述多个次级环形谐振器设置于所述环形波导的环内且与主环形耦合器分别耦合，所述多个次级环形谐振器顺次排列成一条曲线，任意相邻的两个次级环形谐振器相互耦合；所述多个线性波导的所有输入输出端口中的其中一个作为该多端口宽谱整形器件的输入端口，其余输入输出端口中的多个作为该多端口宽谱整形器件的输出端口；该多端口宽谱整形器件的整形参数被配置为使得输入端口到各输出端口的传输函数互不相同。2.如权利要求1所述多端口宽谱整形器件，其特征在于，所述多个次级环形谐振器顺次排列成的曲线为闭合曲线。3.如权利要求1所述多端口宽谱整形器件，其特征在于，该多端口宽谱整形器件的整形参数包括以下多种参数中的至少一种：各次级环形谐振器与主环形谐振器之间的耦合系数，各次级环形谐振器相互之间的耦合强度，主环形谐振器和各次级环形谐振器的谐振腔长度。4.如权利要求1所述多端口宽谱整形器件，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昂，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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