[发明专利]基于光纤布里渊散射的相干光谱分析装置及方法

说明书

基于光纤布里渊散射的相干光谱分析测量装置及方法属于精密仪器制造和精密测试计量技术领域；所述装置结构是：掺铒光纤放大器与可调谐激光器和光耦合器连接，光耦合器与两个光环形器连接，待检光源经过光隔离器、偏振控制器、延时光纤和光环形器后接入光衰减器，光耦合器与两个光衰减器连接，平衡探测器与光耦合器和射频滤波器连接，数据采集模块与射频滤波器连接；所述测量方法是：可调谐激光器生成两束泵浦光，一束产生本振光，另一束形成光纤后向散射滤波器来对待检光滤波，滤波结果与本振光发生外差干涉，通过射频滤波器保留布里渊信号，即可复原待检光源光谱。本装置具有分辨力高、信噪比高、动态范围大以及不受镜像效应制约的特点。

技术领域

本发明属于精密仪器制造和精密测试计量技术领域，特别涉及一种基于光纤布里渊散射的相干光谱分析装置及方法。

背景技术

随着光学传感、物质分析、医疗诊断及环境监测等领域，一批具有飞米量级精细光谱响应的光子学器件(光学回音壁模式传感器、飞秒光学频率梳)的发展，对于高分辨力光谱分析装置的需求急剧增长。而在以往的光谱分析装置及方法中，基于干涉调制原理的傅里叶变换光谱仪和基于衍射色散原理的光栅光谱仪受制于分光元件的加工精度，光谱分辨力最高仅能达到皮米量级；基于外差干涉原理的相干光谱仪受到镜像效应的影响，无法区分信号光频率与本振光频率的相对大小，其光谱分辨力最高仅能达到数十纳米量级。上述光谱分析装置及方法均无法满足新型光子学器件的光谱测量需求，研究满足要求的光谱分析装置及方法已成为当前精密仪器制造和精密测试计量领域的重要议题之一。

发明内容

本发明是针对上述光谱分析装置及方法无法满足新型光子学器件的光谱测量需求的问题提出的，其目的是提供一种可用于飞米量级精细光谱测量的基于光纤布里渊散射的相干光谱分析装置及方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于光纤布里渊散射的相干光谱分析测量装置包括可调谐激光器、待检光源、第一光隔离器、掺铒光纤放大器EDFA、第一光耦合器、偏振控制器、第一光环形器、第一光衰减器、第一延时光纤、温度控制器、第二光耦合器、平衡探测器、射频滤波器、数据采集模块、第二光衰减器、第二延时光纤、第二光环形器和第二光隔离器；所述可调谐激光器与掺铒光纤放大器EDFA、掺铒光纤放大器EDFA与第一光耦合器的输入端口、第一光耦合器的输出端口1与第一光环形器的端口1、第一光耦合器的输出端口2与第二光环形器的端口1通过单模光纤链接；所述待检光源与第一光隔离器、第一光隔离器与偏振控制器、偏振控制器与温度控制器中的第一延时光纤、温度控制器中的第一延时光纤与第一光环形器的端口2、第一光环形器的端口3与第一光衰减器、第一光衰减器与第二光耦合器的输入端口1通过单模光纤连接；所述第二光隔离器与第二延时光纤、第二延时光纤与第二光环形器的端口2、第二光环形器的端口3与第二光衰减器、第二光衰减器与第二光耦合器的输入端口2通过单模光纤连接；所述第二光耦合器的输出端口与平衡探测器通过单模光纤连接，平衡探测器与射频滤波器、射频滤波器与数据采集模块通过电缆链接；

所述可调谐激光器、待检光源、第一光隔离器、掺铒光纤放大器EDFA、第一光耦合器、偏振控制器、第一光环形器和温度控制器中的第一延时光纤构成光纤后向散射滤波器，用于提取待检光谱信号中的布里渊信号；

所述温度控制器是根据光纤中的布里渊频移与温度成线性关系而构成的布里渊频移调节器，用于和作为本振光的布里渊后向散射光保持相同的布里渊频移量；

所述第二光耦合器、平衡探测器、射频滤波器和数据采集模块构成了外差干涉仪，用于本振光和待检光谱信号中提取的布里渊信号和瑞利信号产生干涉形成布里渊拍频光信号和瑞利拍频光信号，之后，通过射频滤波的方式分离布里渊拍频电信号和瑞利拍频电信号，对布里渊拍频电信号记录以形成待检光源的复原光谱。