[发明专利]一种可重构实时光谱测量系统及应用

说明书

本申请公开了一种可重构实时光谱测量系统及应用，系统包括：脉冲提取模块、环路控制模块和频谱显示模块；脉冲提取模块用于生成第一光脉冲信号，并调整第一光脉冲信号的重复频率，得到第二光脉冲信号；环路控制模块用于控制系统中色散量的大小，达到系统分辨率可调的效果实现第二光脉冲信号的频谱在时间维度的映射，得到待测光脉冲信号；频谱显示模块用于对待测光脉冲信号进行光电转换，并对待测光脉冲信号的时域波形进行实时监测，得到监测结果。本申请可以根据实际需求，对光脉冲信号的频谱测量分辨率进行灵活调整；同时还可以根据实际需求，对光脉冲信号的频谱测量刷新率进行灵活控制。通过利用环路的模式，降低了对色散光纤搭建的成本和时间。

技术领域

本申请涉及精密仪器技术领域，具体涉及一种可重构实时光谱测量系统及应用。

背景技术

传统的光谱获取原理包括色散型和干涉型。色散型是通过分光元件(如棱镜、光栅)将复色光分光后，将色散开的单色光按波长大小依次排列得到目标光谱，具有技术成熟、性能稳定等特点，但由于实现高空间分辨率和光谱分辨率均需小的入射狭缝，限制了光通量和信噪比；干涉型利用双光束干涉的傅里叶变换光谱特性实现光谱数据的获取，具有光通量大、波长精度高等特点，但其工作时需精密、稳定的动镜扫描，因此无法对目标光谱进行实时探测。

上述两种类型的光谱仪系统一旦确定，其光谱分辨率、带宽范围等参数便不能改变。为了满足不同任务的需求，必须具备高的光谱分辨率和宽的光谱范围，这将导致系统信噪比下降、光谱图像数据量激增。信噪比的下降会影响图像获取质量，数据量的增加会占用较大的存储空间，同时也延长了数据采集和处理时间，影响了系统的实时性。

频率-时间映射技术，有时也被人们称之为实时傅里叶变换，将待测信号的频谱信息映射到时间维度上，从而使输出信号的时域包络正比于输入微波信号的频谱形状，之后可以通过示波器直接读取输入信号的宽带频谱信息。通常情况下，频时映射都是通过二阶色散来完成的，利用频率不同的光在色散介质中的传输速度不同来实现频率到时间的映射过程。

发明内容

本申请利用频率-时间映射技术将光脉冲信号的频谱信息映射到时间维度，并通过控制色散量的变化从而达到控制系统分辨率的效果、控制光脉冲信号重复率的变化从而达到控制系统刷新率的效果。

为实现上述目的，本申请提供了一种可重构实时光谱测量系统，包括:脉冲提取模块、环路控制模块和频谱显示模块；

所述脉冲提取模块用于生成第一光脉冲信号，并调整所述第一光脉冲信号的重复频率，得到第二光脉冲信号；

所述环路控制模块用于控制系统中色散量的大小，实现所述第二光脉冲信号的频谱在时间维度的映射，得到待测光脉冲信号；

所述频谱显示模块用于对所述待测光脉冲信号进行光电转换，并对所述待测光脉冲信号的时域波形进行实时监测，得到监测结果。

优选的，所述脉冲提取模块包括：锁模激光装置、第一数字延迟发生装置和第一声光调制装置；

所述锁模激光装置用于发出所述第一光脉冲信号；

所述第一声光调制装置用于对所述第一光脉冲信号进行有选择性地提取，实现所述第一光脉冲信号重复频率的调整，得到所述第二光脉冲信号；

所述第一数字延迟发生装置用于控制所述第一声光调制装置，并且与所述锁模激光装置同步。

优选的，所述的环路控制模块包括，3dB耦合装置、色散元件、光放大装置、第二数字延迟发生装置、第二声光调制装置和第三声光调制装置；

所述3dB耦合装置用于控制第二光脉冲信号和所述待测光脉冲信号进出环路；

所述色散元件用于对所述第二光脉冲信号的频谱在时间维度的映射；

所述第二数字延迟发生装置用于对所述第二声光调制装置和所述第三声光调制装置进行控制；