具有大动态范围和高分辨率的光谱测量方法技术

一种具有大动态范围和高分辨率的光谱测量方法，包括：将可调谐激光器，被测光器件和光谱仪依次连接；设置可调谐激光器的波长扫描范围，步长以及每个波长的保持时间，设置光谱仪的波长范围，分辨率和扫描时间；进行第一次扫描，获得被测光器件的整体光谱图；选择所需测量光谱的细节处，以细节处的起始和终止波长来设置可调谐激光器的波长扫描范围，降低可调谐激光器的步长至所需要的分辨率，选取细节处的中间波长作为光谱仪的中心波长，并适当设置光谱仪的分辨率；进行第二次扫描，从光谱仪中记录可调谐激光器每个波长对应的光功率值；建立直角坐标系，以可调谐激光器扫描过的波长为横轴，以光功率为纵轴，逐点绘出每个波长对应的光功率，即可得到细节处的光谱信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱测量领域，该方法采用光谱仪和可调谐激光器相结合的方法，通 过对可调谐激光器和光谱仪各参数的综合设置，可以实现具有大动态范围和高分辨率等优 点的光谱测量。
技术介绍
在光纤通信和光纤传感等领域，光学滤波器、光纤光栅等光器件广泛被使用，不同 的需求对应着不同类型的滤波器或光栅，如分布反馈光纤激光器需要相移光栅，波分复用 系统需要具有特定波长和特定带宽的光滤波器等。在这些光器件中，存在一些与波长相关 的参数，需要进行光谱测量，比如与波长相关的相移量，与波长相关的损耗等等。其中动态 范围和分辨率是光谱测量技术的两项关键指标，动态范围是用于表示在给定的波长偏离 下，所能测到的最大光功率差值，动态范围越大，越有利于精确地测量器件光谱的陡峭边 沿，分辨率是指所能分辨的最小波长间隔，分辨率越高，越有利于测量到器件的光谱细节。在光器件的光谱测量领域，一般有以下三种方法一、通常采用的方法是宽带光源和光谱仪相结合的方法，也就是从宽带光源发射 出的光照射在光器件上，透射光或者反射光被光谱仪接收，从而实现光谱测量，该方法简 单方便，但分辨率和动态范围受限于光谱仪，动态范围约为60dB，分辨率约为0. Olnm 0. 06nmo二、另外一种较为常见的方法是采用可调谐激光器来替代宽带光源，可调谐激光 器和光谱仪通过同步设置来实现光谱测量，该方法提高了光谱测量的动态范围，使其达到 了 70dB 80dB，但是由于可调谐激光器和光谱仪采用的是同步设置，所以分辨率仍受限于 光谱仪,约为0. Olnm 0. 06nm。三、此外还可以采用可调谐激光器和光功率计相结合的方法，虽然可以获得高的 分辨率，但由于光功率计是一宽带接收器，所以动态范围较小，一般在30dB 60dB之间。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种同时具有大动态范围和高分辨率的光 谱测量方法，用以获得光器件更为细节的光谱信息。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下一种，该方法包括将可调谐激光器，被测光器件和光谱仪依次连接；设置可调谐激光器的波长扫描范围，步长以及每个波长的保持时间，设置光谱仪 的波长范围，分辨率和扫描时间；对被测光器件进行第一次扫描，获得被测光器件的整体光谱3选择所需测量光谱的细节处，以细节处的起始和终止波长来设置可调谐激光器的 波长扫描范围，降低可调谐激光器的步长至所需要的分辨率，选取细节处的中间波长作为 光谱仪的中心波长，并适当设置光谱仪的分辨率；对被测光器件进行第二次扫描，从光谱仪中记录可调谐激光器每个波长对应的光 功率值；建立直角坐标系，以可调谐激光器扫描过的波长为横轴，以光功率为纵轴，逐点绘 出每个波长对应的光功率，即可得到细节处的光谱信息。上述方案中，该可调谐激光器的步长和每个波长的保持时间可调。上述方案中，该可调谐激光器的线宽应小于步长。上述方案中，该光谱仪的扫描时间需要小于等于可调谐激光器每个波长的保持时 间；上述方案中，该所需测量的细节处的波长范围需要小于等于光谱仪的分辨率；上述方案中，该被测光器件可以是无源光器件或者有源光器件。(三)有益效果本专利技术的优点在于，克服了在光谱测量领域大动态范围和高分辨率无法同时兼顾 的限制，可以实现70dB SOdB的动态范围，分辨率小于等于0. OOlnm的测量精度，测量到 被测光器件细节处的微小特征。附图说明为进一步说明本专利技术的具体
技术实现思路
，以下结合实例和附图对本专利技术作一详细的 描述，其中图1是本专利技术提供的的流程图；图2是依照本专利技术实施例，测得的相移光栅的透射光谱图以及细节处的透射光谱 图；图3是采用宽带光源和光谱仪相结合的方法，测得的相移光栅的透射光谱图； 具体实施例方式请参照图1，图1是本专利技术提供的的 流程图，该方法包括以下步骤步骤101 将可调谐激光器，被测光器件和光谱仪依次连接，采用可调谐激光器的 目的是为了得到具有高波长分辨率且高能量密度的探测光，它为获得具有有大动态范围和 高分辨率光谱测量提供了必要条件；步骤102 设置可调谐激光器的波长扫描范围，步长以及每个波长的保持时间，设 置光谱仪的波长范围，分辨率和扫描时间，合理地设置可调谐激光器和光谱仪的参数，可以 在保证测量精度的情况下，有效降低测量所需的时间；步骤103 对被测光器件进行第一次扫描，获得被测光器件的整体光谱图，为进一 步选取光谱的细节处提供依据；步骤104 选择所需测量光谱的细节处，以细节处的起始和终止波长来设置可调 谐激光器的波长扫描范围，降低可调谐激光器的步长至所需要的分辨率，选取细节处的中间波长作为光谱仪的中心波长，并适当设置光谱仪的分辨率，合理地设置可调谐激光器和 光谱仪的参数，可以在保证测量精度的情况下，有效降低测量所需的时间；步骤105 对被测光器件进行第二次扫描，从光谱仪中记录可调谐激光器每个波 长对应的光功率值；步骤106 建立直角坐标系，以可调谐激光器扫描过的波长为横轴，以光功率为纵 轴，逐点绘出每个波长对应的光功率，即可得到细节处的光谱信息，通过细节处的光谱和步 骤103得到的光谱的组合，可以得到被测器件的完整详细的光谱特性。请参照图2，图2是依照本专利技术实施例，测得的相移光栅的透射光谱图以及细节处 的透射光谱图，实施例具体包括以下步骤步骤一可调谐激光器(agilent 81480A)，相移光栅和光谱仪(and0AQ6317B)依 次连接。步骤二 设置可调谐激光器的波长扫描范围为1529. Inm 1529. 2nm，步长为 0. Olnm，每个波长的保持时间为1. 5s ；设置光谱仪的波长范围为1529. Inm 1529. 2nm，分 辨率为0. Olnm和扫描时间为ls，以上设置对应的系统分辨率为0. Olnm ；步骤三对被测光器件进行第一次扫描，获得被测光器件的整体光谱图，图2中的 轨迹A;步骤四选择所需测量光谱的细节处，即图2中两条竖线之间的区域，以细节处的 起始波长1529. 64nm和终止波长1529. 68nm来设置可调谐激光器的波长扫描范围，降低可 调谐激光器的步长至所需要的分辨率，我们选择的分辨率为0. 0005nm ；选取细节处的中间 波长即1529. 66nm作为光谱仪的中心波长，并设置光谱仪的分辨率为0. 05nm,这时光谱仪 的作用相当于一个带有滤波器的光功率计，系统的分辨率只取决于可调谐激光器的步长， 即为 0. 0005nm ；步骤五对被测光器件进行第二次扫描，从光谱仪中记录可调谐激光器每个波长 对应的光功率值；步骤六建立直角坐标系，以可调谐激光器扫描过的波长为横轴，以光功率为纵 轴，逐点绘出每个波长对应的光功率，即可得到细节处的光谱信息，图2中的轨迹B。由于系 统的分辨率提高了 20倍，我们获得了隐藏在轨迹A中的光谱细节。为了说明本专利技术提供的光谱测量方法的优点，图3给出了采用宽带光源和光谱仪 相结合的方法，测得的相移光栅的透射光谱图。通过与图2的对比，就会发现本专利技术提供的 光谱测量方法在分辨率上具有显著的优越性，并且由于动态范围的提高使得光谱的陡峭边 沿也得以显现。以上所述的具体实施例，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有大动态范围和高分辨率的光谱测量方法，该方法包括：将可调谐激光器，被测光器件和光谱仪依次连接；设置可调谐激光器的波长扫描范围，步长以及每个波长的保持时间，设置光谱仪的波长范围，分辨率和扫描时间；对被测光器件进行第一次扫描，获得被测光器件的整体光谱图；选择所需测量光谱的细节处，以细节处的起始和终止波长来设置可调谐激光器的波长扫描范围，降低可调谐激光器的步长至所需要的分辨率，选取细节处的中间波长作为光谱仪的中心波长，并适当设置光谱仪的分辨率；对被测光器件进行第二次扫描，从光谱仪中记录可调谐激光器每个波长对应的光功率值；建立直角坐标系，以可调谐激光器扫描过的波长为横轴，以光功率为纵轴，逐点绘出每个波长对应的光功率，即可得到细节处的光谱信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐团伟，李芳，刘育梁，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]