[发明专利]一种采用光栅对可调FP温度和非线性补偿的光谱分析装置

说明书

技术领域

本发明设计光纤传感和光纤通信的光谱分析领域，尤其涉及采用可调FP滤波模块对光信号进行光谱特征分析的装置。

背景技术

在光通信和光传感领域中，光信号的光谱是一个十分重要的信息维度。光通信当中可以利用信号的不同波长进行波分复用，提升通信的传输速率和容量。光纤传感当中许多传感器如光纤光栅，光纤FP干涉仪都是基于光谱进行传感信息的编码和解调的。因此对于光信号的准确、高精度分析是十分有必要的。

在光信号分析过程当中，主要关心的技术指标是可以分析的波长带宽，波长分辨率和波长扫描速度。基于不同技术的光谱分析手段，都可以实现光信号的光谱分析，但是都存在着一定的短板。

目前较为主流的光谱分析手段是采用基于电荷耦合单元(CCD)的光谱分析装置，将光信号通过体光栅散射之后，将不同波长的光信号在空间上分开，并通过不同位置处的电荷耦合单元进行探测，可以实现对不同波长信息的探测从而实现对光谱的分析。目前已经有成熟固定的产品如横河的AQ6370D光谱分析仪。但是基于CCD的方式，其光谱分析的分辨率受限于体光栅的散射能力和CCD探测单元的点数。因此为了实现较高分辨率的光谱分析，光谱分析仪的体积无法减小，目前该装置至多可以分辨20pm的光谱信号。

另外由于超窄线宽激光器的发展，得益于激光线宽的进一步减小，采用扫描激光器也可以获取高精度光谱信息。现有的傅里叶锁模激光器实现了对光栅光谱的解调。然而使用扫描激光器进行光谱解调时，由于激光器在不同波长处光强的波动以及扫描中的非线性现象，光谱解调过程当中存在较大的失真。

用可调FP滤波器是实现光谱分析常用方法，其采用光谱扫描的方式进行光谱分析，其分析带宽和波长分辨率可以通过驱动信号调节驱动FP滤波器的电压范围和电压步进进行调节，具备较高的灵活性，可以随着不同应用需求进行调节和配置。且模块体积小，光谱分辨率高，相比于前述光谱分析方法具有一定的优势。但是，可调FP滤波器在扫描过程当中仍存在着扫描非线性的现象，且外界环境温度的变化对可调FP滤波器仍存在着较大的影响。为了消除可调FP滤波器温度的影响，现有技术采用恒温箱的方法反馈控制使滤波器的中心波长保持稳定，取得了一定的效果。但是该方法不够集成，无法在实际使用当中实施。对于存在的非线性效应，没有集成度高、简便、易实施的解决办法。

发明内容

本发明提出的一种采用光栅对可调FP温度和非线性补偿的光谱分析装置，目的在于克服现有基于可调FP滤波模块的光谱分析装置驱动电压与波长之间的非线性关系，和滤波模块随温度波动的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种采用光栅对可调FP滤波模块温度和非线性补偿的光谱分析装置，其特征在于，包括宽谱光源、光学调制模块、环形器、光栅串、温度测量模块、耦合器、可调FP滤波模块、滤波模块、控制模块和探测模块；其中：

所述宽谱光源输出与光学调制模块输入端相连，提供宽谱光信号；

所述光学调制模块用于调制宽谱光源送入的宽谱光信号至与待测光信号不同的较高频率上，以便于和待测光区分；

所述环形器第一端口与光学调制模块输出端相连，环形器第二端口连光栅串，环形器第三端口接耦合器；所述环形器用于将第一端口送入的光，馈送至第二端口输出，第二端口进入的光送至第三端口送出至耦合器；

所述的光栅串包含若干个不同波长的单光栅，用于将环形器第二端口送来的宽谱光信号进行波长选择后产生参考光信号，并反射回环形器第二端口；

所述耦合器包含待测光信号输入端、参考光信号输入端和输出端，待测光信号输入端用于接收待测信号，参考光信号输入端与环形器第三端口相连，输出端与可调FP滤波模块相连；耦合器用于将待测光信号与参考光信号混为一路混合光信号，送入可调FP滤波模块的输入端；

所述可调FP滤波模块输出端与探测模块的输入端相连，用于将输入端的送入的混合光信号进行波长扫描后，输出不同波长处的光信号，送入探测模块；

所述探测模块输出端与滤波模块输入端相连，用于将送入的光转换为电信号，送至滤波模块；

所述的滤波模块输入端与探测模块的输出端连接，其内部并列设有高通和低通滤波器，其对外有高通输出端口和低通输出端口，用于将送入的信号的高低频分离，分别由高通输出端口和低通输出端口输出；