[发明专利]中红外波段超短脉冲光谱探测装置

权利要求书

1.一种中红外波段超短脉冲光谱探测装置，其特征在于，包括光信号接收模块、信号强度自适应模块、色散管理模块、信号探测模块和控制反馈模块；

所述光信号接收模块、信号强度自适应模块、色散管理模块和信号探测模块设置在同一准直光路上，且依次排列，并与控制反馈模块组成反馈回路；输入信号光源产生的输入光通过光信号接收模块，经过输入准直器耦合进色散管理模块并通过分束镜Ⅰ分束一路输出光耦合进控制反馈模块；

所述色散管理模块包括微纳光纤器件、单模光纤Ⅰ和单模光纤Ⅱ；所述单模光纤Ⅰ的一端与输入信号光源通过光纤熔接，以将输入光耦合进系统中，并依次通过光信号接收模块、信号强度自适应模块和色散管理模块；单模光纤Ⅰ的另一端与微纳光纤器件采用熔接方式连接；单模光纤Ⅱ的一端与微纳光纤器件熔接，单模光纤Ⅱ的另一端连接信号探测模块，以将经过的信号光耦合进信号探测模块；

所述微纳光纤器件采用的微纳光纤通过串联方式排列，并处在同一准直光路，所述微纳光纤的横截面积在亚波长尺寸，保证大的群速度色散；所述亚波长尺寸为小于激光传输波长的任意值，微纳光纤采用中红外波段的透明基质材料，器件长度为厘米量级，保证其在中红外波段低非线性及近红外波段高信噪比；

所述微纳光纤器件包括ZBLAN光纤；

所述色散管理模块 采用的微纳光纤器件是一种具有三层介质的圆柱形波导结构：中心部分为半径100-800nm的空气纤芯，半径为任意小于传输波长值的石英介质层，以及最外层的空气介质层；所述微纳光纤空气纤芯可采用圆形、方形或D型；所述微纳光纤器件的中空部分注入具有不同折射率的液体、气体进行纤芯的填充；所填充的液体或气体材料具有在光纤传输波段吸收系数小、与光纤基底材料亲和、易于填充、和折射率在外场作用下可调谐的特点；所述液体为甲苯、氯仿、或者乙醇；所述气体为氢气。

2.根据权利要求1所述的中红外波段超短脉冲光谱探测装置，其特征在于，所述光信号接收模块包括输入准直器和分束镜Ⅰ；

输入准直器与分束镜Ⅰ固定在相应准直光路，以确保输入光通过输入准直器耦合进系统且分束镜Ⅰ将该光路上输出的信号光进行分束得到两路信号光，一路输入控制反馈模块的示波器Ⅱ所在的准直光路中；另一路进入色散管理模块。

3.根据权利要求1所述的中红外波段超短脉冲光谱探测装置，其特征在于，所述信号强度自适应模块包括衰减器Ⅰ；

所述衰减器Ⅰ设置在色散管理模块前，用于调节所经过的信号光的强度。

4.根据权利要求1所述的中红外波段超短脉冲光谱探测装置，其特征在于，所述微纳光纤器件包括由石英光纤拉锥形成的微纳光纤，微纳光纤两端留有锥形过渡区，微纳光纤器件之间采用熔接方式连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的中红外波段超短脉冲光谱探测装置，其特征在于，所述信号探测模块包括输出准直器、分束镜Ⅱ、衰减器Ⅱ、光谱仪、光电探测器和实时示波器Ⅰ；

所述输出准直器、分束镜Ⅱ、衰减器Ⅱ、光电探测器和实时示波器Ⅰ处于同一准直光路上；输出准直器接收由输入光通过输入准直器耦合进系统并经过分束镜Ⅰ、衰减器Ⅰ、色散管路模块所在的准直光路中的输出信号光；将输出信号光传输至分束镜Ⅱ并将该光路上输出的信号光进行分束得到两路信号光，分束镜Ⅱ与光谱仪处于另一准直光路中；分束镜Ⅱ输出的一路信号光经耦合依次进入光电探测模块和实时示波器Ⅰ，以使实时示波器Ⅰ实时记录待测信号光的时频域信息；分束镜Ⅱ输出的另一路信号光经过衰减器Ⅱ，以将该路信号光功率降至可测量范围，最后进行光谱仪测量其光谱宽度。

6.根据权利要求1至4任一项所述的中红外波段超短脉冲光谱探测装置，其特征在于，所述控制反馈模块包括实时示波器Ⅱ和计算机；

所述计算机接收实时示波器Ⅱ输出的信号并进行数据分析处理，发出控制信号对实时示波器Ⅱ所测输入脉冲信号光信号与输出光信号进行比较以进行反馈自适应不同色散管理网络。