[发明专利]具有大动态范围和高分辨率的光谱测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱测量领域，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。

背景技术

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0.01nm～0.06nm。

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0.01nm～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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明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，本发明采用的技术方案如下：

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。

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

本发明的优点在于，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～80dB的动态范围，分辨率小于等于0.001nm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

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实例和附图对本发明作一详细的描述，其中：

图1是本发明提供的具有大动态范围和高分辨率的光谱测量方法的流程图；

图2是依照本发明实施例，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；

具体实施方式

请参照图1，图1是本发明提供的具有大动态范围和高分辨率的光谱测量方法的流程图，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；