[发明专利]基于F-P标准具的瞬态高分辨率光谱仪

说明书

该发明是一种瞬态高分辨率光谱测量装置，涉及高分辨率光谱测量领域和瞬态光谱测量领域。该高分辨率光谱测量装置利用标准具自身的角度分光以及通过将多个F‑P标准具串接的技术来实现对单脉冲瞬态光谱的高分辨率测定。该发明可应用于布里渊散射、塞曼效应、自旋电子学等高分辨光谱测量领域。

技术领域

本发明涉及一种基于标准具的串接多通技术而设计的瞬态高分辨率光谱仪，主要应用于布里渊散射等高分辨率光谱测量领域。

背景技术

光谱分析一直是物理、化学、生物、材料等各个学科中最基本的分析测试方法之一，而超高分辨率光谱技术则是这个领域最前沿最尖端的技术。

现有的光谱分析技术中，一类是主要通过FP干涉仪实现高分辨率光谱的扫描干涉仪，比如Burleigh公司研发的扫描FP干涉仪、JRS科学仪器公司研发的串接3+3布里渊散射光谱仪，这类仪器现在已经可以实现分辨率锐度＞90，对比度＞10000的分辨条件。由于它所具有的3+3串接多通系统，极大地提高了光谱的对比度。虽然扫描光谱仪可以实现＜10MHz的扫描精度，但却无法实现实时测量，无法测量脉冲信号(1-100ns)；除此之外，波长计作为一种高分辨率光谱测量仪器，在国内外也得到了广泛的使用。波长计一般可以得到10MHz的分辨率，然而一般时间响应都比较“慢”(微秒以上)，仍然无法进行瞬态测量，并且波长计往往只给出一个波长，无法给出光谱，当其中存在多个模式或者激光器有跳模时波长计便无法满足测量要求。

另一类光谱仪可进行单脉冲瞬态光谱的测量，它可应用于自旋动力波的研究，包括载波调控和非线性效应等瞬态效应的研究，同时它也可应用于受激光调制的海洋激光雷达系统、大部分在脉冲激光泵浦条件下工作的随机激光系统和纳米激光器系统。其中，对于激光雷达这种在复杂环境下工作的系统而言，不能实时测量更意味着工作效率的极大降低，扫描对稳定性要求太高，甚至导致仪器失去现场测量能力。因此能同时实现实时测量和超精细光谱测量的光谱仪能在类似领域发挥巨大的作用。

2007年，法国科学家在Nature Photonics上发表了一篇文章，提出了一种非常紧凑的傅里叶变换布里渊散射光谱仪结构。这种光谱仪探测光波导倏逝波，然后通过傅里叶变换得到光谱，原则上可以实现瞬态测量，但是其最大的问题是灵敏度比较低，信噪比要求很高；同时，其光谱分辨率只能到几百MHz量级，限制了它的应用范围。除此之外，近年来迅速发展的光纤光谱仪可以实现动态光谱和瞬态光谱的测量，但受CCD或其他光敏阵列元件的限制，其光谱分辨率较低，同样不能满足需要高分辨率光谱测量的场合。

发明内容

针对上述现有技术中高分辨率光谱和瞬态光谱测量不能兼得的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能在获得高分辨率的同时，大幅度提高灵敏度的，且能测量单脉冲瞬态光谱的光谱仪。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种高分辨率光谱仪，其特征在于，由信号入射端起依次包括光束变换器，偏振棱镜，1/2波片，分光系统，三个反射镜呈环形串接，其中偏振棱镜，1/2波片以及三个呈环形串接的反射镜构成环形腔系统。最终信号回射入偏振棱镜，f≥0.8m的长焦定焦透镜，CCD(CCD可以是ICCD或者EMCCD，根据实际需要)。所述光束变换器由信号输入端起依次包括透镜，光阑，透镜，柱面透镜。所述分光系统由一个或多个标准具组成，多个标准具指的是两个及以上的标准具，多个标准具的自由光谱范围要求必须满足整数比例关系。比如我们可以将一个定腔长标准具和一个可变腔长标准具串接。透出柱面镜的信号依次经过定腔长标准具，可变光学腔长标准具，二者位置可互换。