基于Etalon的激光波长/频率的测量方法、波长计及使用方法技术

本发明专利技术为基于Etalon的激光波长/频率的测量方法、波长计及使用方法。本测量方法为Etalon折射率n、表面间距l和入射角度θ中的1个或2个参数固定、改变另外2个或1个参数，得到N种不同的Etalon，使用标准激光器扫描得到N组不同传输效率数据，并以此建立校准表。测定待测激光对应N种Etalon的传输效率值，与数据校准表进行比较，计算得到待测激光波长。本波长计将输入激光进行分光，N路光束准直后各经N种Etalon进入PD，参考光直接进入PD，各PD再接入计算机。其使用方法为，装配后使用标准激光器扫描生成传输效率数据校准表并存储，计算机比较计算待测激光传输效率后直接显示结果。本发明专利技术可以实现高精度、高速测量C+L波段激光波长，其波长计结构简单、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光波长的测量
，具体为一种基于Etalon的激光的波长/频率的测量方法、波长计及使用方法。
技术介绍
随着光纤通信和精密计量等领域的高速发展，激光波长(频率)作为一种重要的参数，其测量技术的研究得到广泛关注。快速、精确地测量激光波长(频率)是决定相关领域发展进度的重要因素之一。现有的光波长的测量技术和波长计扫描速度、测量精度都难以满足要求，且难以 用于测量大功率范围内的激光波长。波长计测量速度慢、结构复杂、体型大、成本高，妨碍其在通信等行业的应用。Etalon是一种光学仪器，具有两个平行的反射表面，由于光束在两表面多次反射而形成光干涉，这种干涉产生的光传输效率(T)是光的波长/频率的周期函数，可用艾里函数来表示，如式I和式2所示。_5] T=l + F^\5,2VF = J^f(1) 0 Ajml Cos^,、8 =- (2)A式中R = r2, r为振幅反射系数，并且n为折射率，I为Etalon反射面间距，即两表面的间距，\为入射的激光波长，Q为入射角度。传输函数式(I)是周期函数，波峰与波峰间的频率间隔为Av = ~-(3) Inl cos汐此值被定义为自由频谱范围，为了能更形象表明周期性，以下统称为频率周期。通过测量传输效率T，可以使用函数(I)和(2)计算激光光束的波长\，但是此公式是周期函数，也就是说，同一传输效率对应多个波长/频率，此时若没有其他判定条件将无法确认它的实际输入的激光波长。故难以采用测量Etalon传输效率的方法直接测定输入激光的波长。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种基于Etalon的激光波长/频率的测量方法。本专利技术的另一目的是设计根据本专利技术测量方法设计的基于Etalon的波长计及使用方法。本专利技术设计的基于Etalon的激光波长/频率的测量方法为选用具有两个平行的反射表面的Etalon，其主要参数为振幅反射系数r、折射率n、表面间距I和入射角度0，振幅反射系数r保持不变，n、I和0中的I个或2个参数保持固定、而改变另外2个或I个参数，得到具有N种不同的参数组的Etalon, N为4 6的整数,在测量频率范围内，使用标准可调谐激光器扫描上述N种参数组的Etalon，测定不同频率激光在不同的参数组Etalon上的传输效率，得到N条不同传输效率的频率响应曲线，同时建立相应的传输效率数据校准表，再用上述的N种参数组的Etalon测定输入的待测激光的传输效率，得到待测激光的N组传输效率数据值，通过与上述传输效率数据校准表的对比，即可计算得到相应的待测激光的波长。所述激光为连续或脉冲激光。对于空气间隙的Etalon，可固定折射率n和入射角度0，改变其表面间距I。对于气体/液体填充腔体的Etalon，可以固定其表面间距I为某个特定值，通过热、压力或者电子技术控制Etalon的折射率n为不同值。 对于固体etalon，具有固定的折射率n和表面间距1，输入激光的入射角度0可以采用机械装置或电子装置动态调整。本方法对传输效率的测量精度至少达到0. 0005。因为Etalon的传输效率对激光的频率/波长具有周期性，所以本方法的关键是分辨出某个传输效率值对应的是哪个周期的频率。单个Etalon的周期性是存在的，而N种不同状态的Etalon，频率周期不同，那么它们组成的系统基本避免了传输效率数组存在周期性的问题，从而满足了每组传输效率数值唯一对应一个波长的条件。基于Etalon的激光波长/频率的测量方法的具体步骤如下I、确定Etalon测定系统选用N种不同参数组的Etalon，所述参数组中振幅反射系数r保持不变，折射率n、表面间距I和入射角度0中的I个或2个参数保持固定、另外2个或I个参数改变。选取用一个或几个Etalon，控制折射率n、表面间距I和入射角度0中的I个或2个参数保持固定、改变另外2个或I个参数得到N种不同参数组状态的Etalon ；或者取用N个Etalon，振幅反射系数r相同，而折射率n、表面间距I和入射角度0中的I个或2个参数相同、另外2个或I个参数取不同的值，构成不同参数组的N种Etalon。要使N种不同状态的Etalon组成的测定系统所对应的每个波长的传输效率数值组是唯一的，即要使得在频率f+P* A Vmin(f是测频范围内第一个周期内的各频率值，P = 0，1,2,……P_，P_根据测量范围的上限而定；AVnlin是N种频率周期中的最小值)间的各传输效率具有可分辨的差异性，N种参数状态的Etalon中总有I个或2个的传输效率数值对该范围内的某个频率具有较高的分辨能力，从而据此准确地计算所测波长。传输效率曲线在波峰波谷附近数值变化较不明显，此处的频率难以区分。利用不同状态的Etalon的不同传输效率曲线对分辨能力进行互补。那么，必须保证N种不同Etalon状态中每种状态的Etalon在它分辨能力差时有另外一种状态的Etalon可以对其进行补偿。频率周期相近的两条传输效率曲线作为相互补偿的主要组合，以步长Af 扫描得到的N种不同状态Etalon的N条传输效率曲线，相互补偿的两条传输效率曲线相邻的波峰间距为其中一条传输效率曲线频率周期的20% 30%，以达到分辨能力互补的效果，24% 26%为最佳。在四种Etalon状态的情况下，分成两组，同组中两种状态的Etalon的两条传输效率曲线相邻的波峰间距为其中一条传输效率曲线频率周期的20% 30%，分辨能力进行互补。II、建立传输效率的频率响应曲线并生成传输效率数据校准表采用标准可调谐激光器在整个测试频率范围内、以一定的步长Af扫描步骤I中的测定系统，从而获得N种不同状态的Etalon不同频率激光的传输效率，并据此生成整个测试频率范围内的对应不同参数组A:、A2、……An的传输效率数据校准表。根据测量精度选择扫描步长Af ，其取值为0. 2GHz ( A f 彡IGHz，步长越小，精度越闻。III、测量某个连续或脉冲激光输入上述Etalon测定系统，精确测量该连续或脉冲激光的N个传输效率数值A1'A2'……AN’，测量精度至少达到0.0005 ； IV、精确确定所测激光的波长将步骤III所测得的传输效率数值组与步骤II的传输效率数据校准表对应数据进行比较，即可以计算所测激光波长。此步主要细分为以下3个步骤IV-i、将步骤III所测得的传输效率数值组中对应某个Etalon的值与传输效率数据校准表对应同一状态Etalon的传输数据进行比较，在一定的误差范围内得到多个频率值。误差范围由测试精度和相邻频率最大传输效率差值AA决定，本方法的误差范围为 ±0. 0005。IV-ii、将步骤IV-i得到的各频率值对应的另一状态Etalon的校准表数据与该状态Etalon的测量数据进行比较，保留二者差值为±0. 0005对应的频率值，即将步骤IV_i得到的频率值数量降低。IV-iii、将步骤IV-ii得到的各频率值对应的其它状态Etalon的校准表数据分别与对应的测量数据进行比较，由于各频率传输效率组的差异性和唯一性，得到最接近的频率值，再用插值法计算得到准确的频率值。插值法在传输效率测量精度低的情况下可以明显提高频率的测量精度。根据上述本专利技术的测量方法设计的基于Etalon的波长计包括光路部分、电路和计算机，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Etalon的激光的波长/频率的测量方法，选用具有两个平行的反射表面的Etalon，其主要参数为振幅反射系数r、折射率n、厚度l和入射角度θ，其特征在于：所述Etalon参数振幅反射系数r保持不变，n、l和θ中的1个或2个参数保持固定、而改变另外2个或1个参数，得到具有N种不同的参数组的Etalon，N为4～6的整数，在测量频率范围内，使用标准可调谐激光器以一定步长Δf扫描上述N种Etalon，测量不同频率激光在不同的参数组Etalon上的传输效率，得到N条不同传输效率的频率响应曲线，同时建立相应的传输效率数据校准表，再用上述的N种参数组的Etalon测定待测的输入激光的传输效率，得到待测激光的N组传输效率数据值，通过与上述传输效率数据校准表的对比，计算得到相应的待测输入激光的波长。

【技术特征摘要】
1.基于Etalon的激光的波长/频率的测量方法，选用具有两个平行的反射表面的Etalon，其主要参数为振幅反射系数r、折射率n、厚度I和入射角度9，其特征在于 所述Etalon参数振幅反射系数r保持不变，n、I和0中的I个或2个参数保持固定、而改变另外2个或I个参数，得到具有N种不同的参数组的Etalon，N为4 6的整数，在测量频率范围内，使用标准可调谐激光器以一定步长Af 扫描上述N种Etalon，测量不同频率激光在不同的参数组Etalon上的传输效率，得到N条不同传输效率的频率响应曲线，同时建立相应的传输效率数据校准表，再用上述的N种参数组的Etalon测定待测的输入激光的传输效率，得到待测激光的N组传输效率数据值，通过与上述传输效率数据校准表的对t匕，计算得到相应的待测输入激光的波长。2.根据权利要求I所述的基于Etalon的激光的波长/频率的测量方法，其特征在于具体步骤如下 I、确定Etalon测定系统 选用N种不同参数组的Etalon，所述参数组中振幅反射系数r保持不变，折射率n、表面间距I和入射角度0中的I个或2个参数保持固定、另外2个或I个参数改变； II、建立传输效率的频率响应曲线并生成传输效率数据校准表 采用步骤I中的测定系统，在整个测试频率范围内、使用标准可调谐激光器以步长Af进行扫描，0.2GHz彡Af彡1GHz，获得N种不同状态的Etalon不同频率激光的传输效率，并据此生成整个测试频率范围内的对应不同参数组的传输效率数据校准表； III、测量 某个连续或脉冲激光输入上述Etalon测定系统，精确测量该连续或脉冲激光的N个传输效率数据，测量精度至少达到0. 0005 ； IV、精确确定所测激光的波长 将步骤III所测得的传输效率数据与步骤II的传输效率数据校准表对应数据进行比较，即可以计算所测激光波长。3.根据权利要求2所述的基于Etalon的激光的波长/频率的测量方法，其特征在于 所述步骤I中取用一个或几个Etalon，控制折射率n、表面间距I和入射角度0中的I个或2个参数保持固定、改变另外2个或I个参数得到N种不同参数组状态的Etalon ； 或者，所述步骤I中取用N个Etalon，振幅反射系数r相同，而折射率n、表面间距I和入射角度9中的I个或2个参数相同、另外2个或I个参数取不同的值，构成不同参数组的 N 种 Etalon。4.根据权利要求I至3中任一项所述的基于Etalon的激光的波长/频率的测量方法，其特征在于 所述Etalon参数的改变对于空气间隙的Etalon，固定折射率n和入射角度0，改变其表面间距I ; 和/或对于气体/液体填充腔体的Etalon,固定其表面间距I为某个特定值，通过热、压力或者电子技术控制Etalon的折射率n为不同值； 和/或对于固体etalon，具有固定的折射率n和表面间距1，机械装置或电子装置动态调整输入激光的入射角度9。5.根据权利要求I至3中任一项所述的基于Etalon的激光的波长/频率的测量方法，其特征在于 所述使用标准可调...

【专利技术属性】
技术研发人员：李严，赵克，
申请(专利权)人：桂林优西科学仪器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：