[发明专利]一种极高分辨率光谱测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，更具体地，涉及一种极高分辨率光谱测量装置及方法。

背景技术

光谱测量在光通信领域扮演着非常重要的角色，在光信号的传输过程中，可以通过分析光信号的光谱来对其各项性能指标进行监测。随着系统容量的需求增加，正交频分复用(OFDM)等复用技术逐渐投入使用，信道间频率间隔大大减小，达到10MHz量级，传统的光谱测量技术已不能满足分辨率的要求。另一方面，观察激光器的张弛振荡效应、光调制器的啁啾特性等细节也对光谱测量装置的分辨率提出了更高的要求。因此，提高光谱测量装置的分辨率显得尤为重要。

传统的光谱测量装置是基于衍射光栅的，仅能达到1GHz左右的分辨率；而基于相干检测、基于受激布里渊散射效应的光谱测量技术可以达到10MHz左右的分辨率。法布里珀罗(FP)干涉仪用于测量信号光谱可以获得优于上述光谱仪的分辨率，这里将优于10MHz的分辨率称为极高分辨率。FP干涉仪由FP标准具、压电换能器以及波形发生器组成，是一种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪，其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率。当入射光的波长满足其共振条件时，其透射频谱会出现很高的峰值，对应着很高的透射率。具有极高分辨率这个优点使得FP干涉仪主要应用于测量分辨率要求较高的场合，例如用于超高分辨率激光器线宽测量、分析模式结构和稳定性、波长啁啾、抖动和漂移等；FP干涉仪还被用于超高分辨率光谱测量，包括化学分析、发射吸收线等。文献报道FP干涉仪用于测量激光器模式频率间隔实验中可以获得1MHz的准确度，但是实验测量范围仅仅为10MHz～1GHz，说明FP干涉仪可以获得极高分辨率，但同时也受测量范围较小的限制。

图书(Hui R，O'Sullivan M.Fiber optic measurement techniques[M].Academic Press，2009:154～168)描述了FP干涉仪的精细度、自由光谱范围以及带宽之间的关系，它的优点是可以获得比传统光谱仪高的分辨率，但是具有测量波长范围小的缺点，限制了它的应用。美国专利US6697159B2公开了一种FP干涉仪结合光栅进行光谱测量的装置，利用光栅测量范围大但分辨率低、FP干涉仪分辨率高但测量范围小的特点，将两者结合工作，获得较高分辨率的同时也能获得较大的测量范围。该方案用于探测光栅衍射光的探测器比较复杂，而且分辨率跟光栅以及探测器有关，还具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种极高分辨率光谱测量装置及方法，其目的在于提高光谱测量的分辨率的同时获得比现有FP干涉仪更大的测量范围。

本发明提供了一种极高分辨率光谱测量装置，包括FP干涉仪、SBS滤波器、探测器、数据采集模块和控制模块；所述FP干涉仪的第一输入端用于连接待测信号，所述FP干涉仪的第二输入端连接至所述控制模块的第一输出端；所述SBS滤波器的第一输入端连接至所述FP干涉仪的输出端，所述SBS滤波器的第二输入端连接至所述控制模块的第二输出端；所述探测器的输入端连接至所述SBS滤波器的第一输出端，所述数据采集模块的第一输入端连接至所述探测器的输出端，所述数据采集模块的第二输入端连接至所述SBS滤波器的第二输出端；所述控制模块的输入输出端连接至所述数据采集模块的输出输入端；所述FP干涉仪用于将待测信号转换为分立的窄带成分，由于其具有很小的-3dB带宽，因此具有极高分辨率；所述SBS滤波器选择放大其中一个窄带成分，产生的后向散射信号经所述探测器后转换为电流信号，所述数据采集模块对其进行采集处理；所述控制模块发出信号控制所述FP干涉仪和所述SBS滤波器同步扫描，SBS增益峰对所述FP干涉仪工作的透射峰依次进行选择，使得测量范围不再局限于一个自由光谱范围(free spectral range,FSR)，从而获得比现有FP干涉仪更大的测量范围。

更进一步地，所述FP干涉仪包括FP标准具、压电换能器和波形发生器；所述FP标准具的第一输入端作为所述FP干涉仪的第一输入端，所述FP标准具的输出端作为所述FP干涉仪的输出端，所述波形发生器的输入端作为所述FP干涉仪的第二输入端；所述压电换能器的输入端连接至所述波形发生器的输出端，所述FP标准具的第二输入端连接至所述压电换能器的输出端；所述压电换能器与所述FP标准具的一个腔镜相连，用于改变FP腔长，进而改变透射的信号波长；所述波形发生器给所述压电换能器提供工作电压，这里设置为锯齿波电压，结合SBS增益峰的扫描对FP透射峰进行选择，获得比现有FP干涉仪更大的测量范围。