基于偏振分析的光谱特性测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于偏振分析的光谱特性测量方法及其装置，属于光谱分析技术领域，该方法包括：使被测光进入ＤＧＤ装置，产生在相互垂直的偏振模式有不同差分群时延的输出光；测量输出光与ＤＧＤ值相对应的光偏振态和偏振度；对测得的输出光偏振态和偏振度处理，生成被测光的光谱。该装置包括：一个ＤＧＤ装置，通过改变ＤＧＤ值，接收被测光并产生不同的群时延；一个光探测器，接收经过ＤＧＤ装置的光信号，同时去测量输出光的偏振态和偏振度；一个数据处理装置，通过处理来自探测器的光偏振态和偏振度信息，获得被测光的光谱。本发明专利技术可以实现很快的测量速率，用来测量与时间函数有关的快速扫描激光。可以通过控制差分群时延值，获得最小频率间隔，提高光谱分辨率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光谱分析
，特别涉及光谱测量的方法及装置设计。
技术介绍
，光已经广泛的应有于各种领域。光谱特性，也就是光的波长或频率等的光谱组成，是光的重要特性之一。比如，光信号的性质随给定光信号的光谱而定；再比如，可以通过分析光信号的光谱来获取某一种装置或某一种材料中的光信息。分析光谱的技术和装置有很多种。用来测量光谱信号的装置叫做光谱分析仪，它可以从一个光信号中分离出所包含的光波长。可以测量每一个波长上的光功率，同时可以绘制出横轴为光波长纵轴为光功率的曲线关系。光谱分析仪的性能可以用光谱分辨率、光谱范围和测量速率等参量来衡量。光谱分析仪可以有多种光分析结构来实现其功能。其中主要的结构有以下三种l)利用空间分光器件一如衍射光栅，来分离光的不同光谱成分；2)利用可调谐窄带滤波器，如法珀腔或可调光纤布拉格光栅，依次选择并一次探测一个光谱成分；3)利用光干涉仪一如迈克尔逊或马赫曾德干涉仪，通过改变两边干涉臂的光程差来测量光的干涉信号，然后对干涉仪的输出进行快速傅里叶变换。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于偏振分析的光谱特性测量方法及其装置，本专利技术可以用来测量和分析通过不同光延迟线后光信号的偏振态和偏振度(或分析其中之一)，并利用已测得的偏振差分群时延值来测量光的光谱特性(如光的频率特性和频谱特性)。通过改变光的差分群时延可以改变光谱的分辨率和测量光谱范围。在一种方案中，可以使用基于偏振测量和分析技术的方法测量光的光谱，这既不需要使用分光元件空域分解光成分，也不需要利用可调谐滤波器依次分离出每一个光谱成分，或是利用干涉仪来获得干涉花样。本专利技术中所描述的一个基于偏振测量与分析的光谱分析仪实施例，主要包括三个组成部分， 一是差分群时延器件，其作用是通过改变差分群时延值，在接收到光的两个相互正交偏振模式上产生不同的群时延；二是光探测器，它可以接收经过差分群时延器件的光信号，同时去测量输出光的偏振态和偏振度；三是数据处理器件，通过处理所接收光的偏振态和偏振度信息，来获得所测光的光谱。一种差分群时延器件的实施例由三个部分组成 一个偏振分束器，它的作用是将所测光的分成两束，第一束光以第一种偏振模式沿第一路径传输；第二束光的偏振模式与第一束光的模式垂直，它沿第二路径传输； 一个延时结构，它将第一路径与第二路径的相对光程差进行改变，从而产生差分群时延值； 一个偏振合束器，它可以将在第一路径中以第一种偏振态传输的光与在第二路径中以第二种偏振态传输的光合成一束，从而产生一束输出光。另外一种差分群时延器件的实施例由四部分组成 一个偏振分束器，它的作用是将所测的光分成两束，第一束光以第一种偏振模式沿第一路径传输；第二束光的偏振模式与第一束光的模式垂直，并沿第二路径传输； 一个第一法拉第旋转镜位于第一光路中，可以将光反射回偏振分束器； 一个第二法拉第旋转镜位于第二光路中，也是将光反射回偏振分束器； 一个延时结构，它将改变第一路径与第二路径的相对光程差，从而产生差分群时延值。然后偏振合束器会将在第一路径中以第一种偏振态传输回来的反射光与在第二路径中以第二种偏振态传输回来的反射光合成一束，从而产生一束输出光。还有一种差分群时延器件的实施例由一系列的可调差分群时延单元级联而成。所测光通过级联的可调差分群时延单元形成的光路输出。每一个可调差分群时延单元都含有三个组成部分 一个偏振旋转装置，它可以根据控制信号来控制接收光的偏振态； 一个由双折射材料构成的双折射器件，它接收并传输偏振旋转装置中的光； 一个控制元件，它与偏振旋转装置连接并提供控制信号，作用是控制双折射器件接收到的光，使双折射器件对第一种偏振模式产生第一种时延，对与其正交的第二种偏振模式产生第二种时延，从而就利用了双折射单元对输出光产生不同的差分群时延。再有一种差分群时延器件的实施例由一系列级联的可调差分群时延单元和可调差分群时延单元的控制单元组成。所测光通过级联的可调差分群时延单元形成的光路输出。每一个可调差分群时延单元包含一个偏振旋转装置，它可以根据控制信号来控制接收光的偏振态；还包括一个由双折射材料构成的双折射器件，它接收并传输偏振旋转装置中的光。控制单元与偏振旋转装置成对出现并为每个旋转装置提供控制信号，它可以控制双折射器件接收到的光，使双折射器件对第一种偏振模式产生第一种时延的同时也对与其正交的第二种偏振模式产生第二种时延，从而就利用了双折射单元对输出光产生不同的差分群时延。本专利技术提出的一种所述光谱特性测量实施例的测量方法包括三步第一步使被测光通过差分群时延(DGD)器件，并在被测光相互正交的两偏振态上产生时延并输出；第二步测量输出光的偏振态；第三步是对所测得的输出光偏振态进行处理，并根据所测的光偏振态变化来确定光频率的增减。这种测量方法可以实现测量偏振态矢量在邦伽球上的变化角度，也可以实现根据偏振态矢量在邦伽球上的角度变化来判断光频率增加或减小。这种测量方法的另一个实现方式包括两步第一步测量输出光的偏振度；第二步对测得的输出光偏振度进行处理，来确定被测光的光谱。这种测量方法还有一种实现方式，包括两步第一步测量输出光偏振态在邦伽球上的若干转数；第二步由于偏振态在邦伽球上的单一转数和若千转数决定了光谱范围，基于这个光谱范围我们就可以获得被测光拓展光谱范围。这种测量方法还有一种实现方式，包括五步第一步利用波长扫描光源产生被测光，第二步控制DGD装置，使其对输出光产生不同的DGD值；第二步，在每一个DGD值上，使波长扫描光源在其光谱范围和扫描周期内对波长进行扫描，与此同时测量输出光在扫描周期内的不同时刻的偏振态(SOP)和偏振度(DOP);第三步对不同DGD值上每一瞬时时刻的SOP和DOP进行处理，从而获得波长扫描光源在每一瞬时时刻的中心频率或波长；第四步是获得每一时刻下与光波长成函数关系的光源光谱功率，可以通过对DOP值和DGD值的关系进行傅里叶变换得出；第五步是获得光功率随瞬时时刻和光波长变化的三维图。此外，这种方法可以将上述的三维图转换为光功率随中心频率和光波长的三维图，其中中心频率是通过处理测得的SOP和DOP得到的。本专利技术的另外一种所述光谱测量实施例的测量方法包括三步，第一步通过差分群时延装置使被测光相互正交的偏振模式产生指定的差分群时延值，然后将光输出；第二步是根据差分群时延值测量光的偏振态和偏振度；第三步是对输出光的偏振态和偏振度进行处理，从而获得被测光的光谱。还有一种测量光谱特性的装置实施例，它包括以下几个部分 一个接收被测光的输入端口； 一个差分群时延(DGD)装置，它接收从输入端口传输的光，并使该光在DGD装置两相互正交偏振主轴方向上产生时延，形成输出光； 一个偏振探测器，放置用来接收从DGD装置输出的光，并测量输出光的偏振态和偏振度(或其中之一)； 一个处理装置，它是用来接收并处理光偏振探测器的测量结果，从而提取被测光的光谱信息。本专利技术的特点及效果本专利技术可以实现很快的测量速率(比如MHz量级或更高)，因此可以用来测量与时间函数有关的快速扫描激光。频谱分辨率与差分群时延的大小有关，差分群时延值与可达到的频率间隔最小值成反比，因此，可以通过控制差分群时延值，就可以获得其它光谱分析仪所无法达到的最小频率间隔(比如Khz)，从而提高光谱分辨率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于偏振分析的光谱特性测量方法，其特征在于，该方法包括：　使被测光通过差分群时延（ＤＧＤ）装置，产生在相互垂直的偏振模式有不同群时延的输出光；　测量输出光与ＤＧＤ值相对应的光偏振态和偏振度；　对测得的输出光偏振态和偏振 度处理，生成被测光的光谱。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：姚晓天，
申请(专利权)人：北京高光科技有限公司，通用光讯光电技术北京有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]