[发明专利]一种F-P腔自由光谱范围测量系统

说明书

技术领域

 本发明涉及一种F-P腔自由光谱范围测量系统。

背景技术

在纳米技术和超高精度工程等领域，采用F-P干涉仪代替法实现宽范围和小不确定度的绝对长度测量被广泛推崇和使用。在F-P腔内，由于光经过多次反射反复叠加后可以形成一定精细度的透射谱，在光学滤波，传感解调和光纤传感头，光谱检测中经常用到。FP自由光谱范围的测量成为了F-P腔作为光纤传感头的关键技术。测量F-P腔自由光谱范围的基本原理是：F-P腔干涉产生的多光束干涉，形成一定精细度的梳状透射谱，以一定的频率间隔产生周期性的干涉极大值，通过测量干涉极大值之间的频率间隔就得到了F-P腔的自由光谱范围。

目前检测F-P自由光谱范围的方法主要有利用光谱仪和频率调制技术（FM）。

光谱仪法，采用光谱仪来检测F-P腔投射谱两峰值波长间隔来换算，由于光谱仪精度有限，长期使用还会存在波长漂移的问题，而且扫描的波长范围有限，所以用来测量F-P标准具自由光谱范围具有灵敏度低，精度差，动态范围小等缺点。例如，2003年中国科学技术大学物理系黄文财等人，利用高分辨率光谱分析仪对空气隙F-P标准具投射谐振峰频率进行测量，然后通过直线拟合获得自由光谱范围，用所测自由光谱范围来计算F-P标准具的间距，相对误差为2×10^-3。

FM技术，利用电光调制器实现和FSR相当的调制频率的测量方法已经达到了10^-6到10^-8的不确定度。这类检测方法主要应用FM边带技术、电光调制器和光谱仪对F-P腔的透射光或反射光进行分析，从而得带到自由光谱范围。这些方法称之为具有锁定方向探测的null method。例如，2010年日本长冈技术科技大学机械工程系Masato Aketagawa等人提出一种调频技术，利用电光调制器（EOM）和null method,实现对F-P腔自由光谱的测量。但是此类方法没有减少测量误差的相关评述。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种灵敏度高、精度高的F-P腔自由光谱范围测量系统。

为解决上述技术问题，本发明的F-P腔自由光谱范围测量系统包括脉冲光源，第一、第二光纤耦合器，透过式F-P腔，第一、第二光电探头，高速光电转换模块，频谱分析仪，差分检测模块，第一、第二GPIB数据线,计算机；

所述脉冲光源通过光纤连接所述第一光纤耦合器，第一光纤耦合器的一个输出端连接所述高速光电转换模块，所述高速光电转换模块连接所述频谱分析仪，所述频谱分析仪通过第一GPIB数据线连接所述计算机；第一光纤耦合器的另一个输出端连接所述第二光纤耦合器，所述第二光纤耦合器的一个输出端连接第一光电探头，另一个输出端连接所述透过式F-P腔，所述透过式F-P腔连接所述第二光电探头，所述第一、第二光电探头的输出端连接所述差分检测模块，所述差分检测模块通过第二GPIB数据线连接所述计算机。

所述脉冲光源为纵模间隔可调的锁模光纤激光器。

所述锁模光纤激光器包括，掺铒光纤，第三光纤耦合器，波分复用器，隔离器，饱和吸收体，中心波长980nm尾纤输出式泵浦源，第一光纤调节架，可调光纤延迟线。所述中心波长为980nm的泵浦源输出的泵浦光通过波分复用器耦合到掺铒光纤中，使掺铒光纤处于粒子数反转状态，通过光纤延迟线、饱和吸收体、光隔离器、波分复用器和第三光纤耦合器的光纤串联，将掺铒光纤头尾相连组成了一个环形振荡腔；一段光纤安装固定在所述第一光纤调节架上，环形振荡腔产生的脉冲激光信号通过所述第三光纤耦合器的尾纤输出。

本发明的有益效果在于：

1、与传统的光谱仪测量方法相比，本发明采用了频谱分析仪，由于频谱分析仪具有高分辨率，其测量灵敏度比光谱仪测量大大提高：

2、本发明通过两路光功率的差分检测来测量F-P腔的损耗，消除了由于脉冲光源功率不稳定带来的测量漂移的问题，确保了测量的精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明的高精度FP自由光谱范围测量系统结构图；

图2为本发明的F-P腔的结构图；

图3为本发明的测量系统光源结构图。

具体实施方式