[发明专利]端面斜反射光波导傅立叶光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及光波导电光调制技术、傅立叶光谱技术，尤其涉及一种端面斜反射光波导傅立叶光谱仪。

背景技术

随着现场实时探测和航天航空应用需求的快速增长，国际上广泛开展了对微小型便携式光谱仪的研究。基于时间扫描的傅立叶微光谱仪具有较高的信噪比，同时，仅需要一个光电探测器，避免了使用昂贵的CCD探测器，成为了微小型便携式光谱仪的一个研究热点。

但是，大多数傅立叶微光谱仪仍然使用动镜迈克尔逊干涉仪对光程差进行调制，而这种运动部件则会削弱微光谱仪的抗环境干扰能力，同时限制了微光谱仪的时间分辨能力。

为了克服常规傅立叶微光谱仪的上述缺点，本发明的同一申请人提出利用集成光波导电光调制技术实现对光程差的静态调制，在此基础上提出了基于集成光技术的傅立叶变换芯片光谱仪(专利号：ZL 201010138943.2)、基于集成光波导的衰减全反射光谱测量式傅立叶光谱仪(专利号：ZL 201010263095.8)和一种获取光源光谱的方法(申请号：201210506070.5)。这些发明公开的集成光波导傅立叶光谱仪不包含运动部件，不需要精密的驱动系统，不需要特殊的减震环境，同时导波光的使用克服了空间自由光束易受干扰的缺点。此外，基于电光效应的光程差调制机理容许采用高频扫描电压以获得较高的时间分辨率。

基于集成光波导电光调制技术的各种傅立叶微光谱仪虽然消除了运动部件，使得其抗干扰能力获得极大提高，但是其光谱分辨率仍然面临挑战。光谱分辨率的不足已经成为限制该类集成光波导傅立叶光谱仪进一步发展和广泛应用的瓶颈。在保持或进一步减小集成光波导傅立叶光谱仪尺寸的同时，提高其光谱分辨率具有重要的科研意义和实用价值。

傅立叶光谱仪的光谱分辨率随干涉仪两臂光程差变化量的增大而提高。增大集成光波导傅立叶光谱仪的光程差变化量，是提高微光谱仪光谱分辨率的主要途径。由于光程差变化量正比于电光调制区间长度，通过提高电光调制区间的长度可以增大光程差的变化量，但这会导致集成光波导傅立叶光谱仪尺寸的增大，不利于光谱仪的微型化。

针对这一问题，本发明的同一申请人提出分辨率增强傅立叶微光谱仪(申请号：201310053568.5)，通过采用波导端面反射结构使得待测光信号往返穿过受调制区域，使干涉仪光程差变化量获得倍增，进而在不改变光谱仪调制电极长度的情况下实现光谱分辨率倍增目的。但需要指出的是，即使分辨率获得倍增，该光谱仪仍然无法满足一些高分辨光谱测试的要求，因此有必要采用其他方法进一步提高这种光谱仪的光谱分辨率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种端面斜反射光波导傅立叶光谱仪，该光谱仪通过采用端面斜反射结构进一步增加了两臂光程差，进而提高了光谱分辨率。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种端面斜反射光波导傅立叶光谱仪。该傅立叶光谱仪包括：光源2；电光调制芯片1，其上形成一干涉仪结构，该干涉仪结构至少具有一干涉臂，该干涉臂包括若干段光波导，该若干段光波导中，至少一段光波导的两侧具有用于电光调制的薄膜电极；光电探测器3，其接收由干涉仪结构输出的干涉光信号，并将其转换为电信号；信号处理芯片5，与光电探测器3相连接，用于对其输出的电信号进行处理；电压函数发生器4，电性连接于薄膜电极，用于对该薄膜电极施加电调制信号，使相应的光波导的折射率发生变化；其中，在同一干涉臂中，至少两段相邻的光波导之间具有端面斜反射结构，该端面斜反射结构包括：出光波导的出光端面、入光波导的入光端面和反射结构，出光端面和入光端面完全或部分重合，出光波导和入光波导沿出光端面和入光端面的重合面的法线对称设置，且反射结构位于该重合面处，由出光波导射出的光信号经由该反射结构反射后，进入入光波导。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明端面斜反射光波导傅立叶光谱仪具有以下有益效果：

(1)在保持调制电极长度不变的情况下，本发明提出的端面斜反射光波导傅立叶光谱仪的光谱分辨率随波导端面斜反射结构数量的增加而提高，是传统的基于标准马赫-曾德尔干涉仪结构的集成光波导傅立叶光谱仪的2倍以上；

(2)此外，本发明可以与本发明的同一申请人提出的分辨率增强傅立叶微光谱仪(申请号：201310053568.5)兼容，进一步提高集成光波导傅立叶光谱仪的光谱分辨率；

(3)该光谱仪与多种样品池，如具有消逝波敏感窗口的光纤、芯片消逝波敏感窗口，具有良好的兼容性，用途广泛，结构简单新颖。