CN102853913A - 一种光纤光栅实时光谱分析装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤光栅实时光谱分析装置和方法，该装置包括光源模块、传感单元、色散单元、记录模块和待测单元。本发明首先使用光源模块、传感单元、色散单元和记录模块获得“频率-时间映射”关系，然后将传感单元替换为待测单元，利用光源模块、待测单元、色散单元和记录模块采集得到时域脉冲信号，利用“频率-时间映射”关系将其转换为频域信号，从而实现对于FBG的超快光谱分析。由于示波器对时域信号的采集相比较直接使用光谱仪测量谱线要快，因此本发明可以实现光谱的快速分析。同时由于本发明使用飞秒激光脉冲作为光源，因此本发明能够达到大的测量动态范围。

Description

一种光纤光栅实时光谱分析装置及方法

技术领域

本发明涉及飞秒光学技术领域，尤其是一种光纤光栅实时光谱分析装置及方法。

背景技术

现存的光纤布拉格光栅(FBG)光谱分析技术主要分为三类：

第一类：使用静态鉴频器将FBG信号的频率转化为信号强度变化或强度的空间分布：如FBG信号在边缘鉴频器(Fabry-Perot标准具或是波分复用光纤器件)上的透过率变化，或是FBG信号经过色散器件之后在电荷耦合器件(CCD)上呈现的强度分布变化。在边缘技术中，测量精度和动态范围存在相互制约的关系，无法同时提高。目前高速CCD工作波长局限在了900nm以下，使得基于该方法的仪器无法使用光通信1550nm波段诸多高性价比的光学元器件。

第二类：使用可调的窄带滤光器扫描FBG的光谱，则扫描得到的结果是滤光器的传递函数和FBG光谱的卷积。这种可调的窄带滤光器可以是可调谐式的Fabry-Perot标准具、声光滤波器或是光纤光栅滤光器。这种方法对激光光源和环境变化引起的信号光强波动非常敏感，因此不适于对FBG光谱的快速、大动态范围测量。

第三类：通过非平衡双臂Michelson干涉仪的光学干涉方法反演FBG谱的信息。当扫描Michelson干涉仪的一臂时，对应特定反射波长的光纤光栅会产生一个干涉信号。如果反射信号是来自一系列光纤光栅，则干涉信号是对应每一个光纤光栅干涉信号的线性叠加。通过傅里叶变换，可以很好地反演FBG谱。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种使用实时“频率-时间”映射光谱分析技术检测FBG谱线的装置及方法，以实现对FBG高精度、大动态范围的实时超快光谱分析。

根据本发明的一方面，提出一种光纤光栅实时光谱分析装置，其特征在于，该装置包括：光源模块1、传感单元2、色散单元3、记录模块4和待测单元，其中：

所述光源模块1用于发射脉冲；

所述传感单元2和所述待测单元通过光学开关22连接所述光源模块1；

所述传感单元2用于使所述发射脉冲信号发生干涉；

所述待测单元包括多根串联的FBG7、8、压电陶瓷纳米平移台10及其驱动器9；所述压电陶瓷纳米平移台10与除最后一个FBG的其他FBG7并联，所述压电陶瓷纳米平移台10与其驱动器9相连；

所述色散单元3通过光学开关23连接所述传感单元2和所述待测单元，用于对所述传感单元2或所述待测单元发射的脉冲进行展宽；

所述记录模块4连接所述色散单元3，用于记录频域和时域的出射脉冲信号；

在对待测单元中的FBG的光谱进行检测之前，先将所述光学开关22、23连接到所述传感单元2上，根据所述记录模块4记录的频域和时域的出射脉冲信号，得到“频率-时间”映射校准关系；

然后，在对待测元件中的FBG进行超快光谱分析时，将所述光学开关22、23连接到所述待测单元上，测量记录模块4输出的时域脉冲信号波形，通过所述“频率-时间”映射校准关系，将所述时域脉冲信号波形转化得到与之对应的频谱波形，完成对于待测FBG的超高速光谱检测。

根据本发明的另一方面，提出一种光纤光栅实时光谱分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S1，发射用于光栅光谱分析的飞秒激光脉冲；

步骤S2，使所述发射脉冲信号发生干涉；

步骤S3，对发生干涉之后得到的脉冲进行展宽；

步骤S4，记录并显示频域和时域的出射脉冲信号；

步骤S5，根据所述频域和时域的出射脉冲信号，得到“频率-时间”映射校准关系；

步骤S6，将待测的多个FBG串联起来，将除最后一个FBG的所有FBG与压电陶瓷纳米平移台并联；

步骤S7，发射用于光栅光谱分析的飞秒激光脉冲；

步骤S8，对经过待测FBG的脉冲信号进行展宽；

步骤S9，记录时域脉冲信号波形，通过所述“频率-时间”映射校准关系，将所述时域脉冲信号波形转化得到与之对应的频谱波形，完成对于待测FBG的超高速光谱检测。

采用本发明的技术方案，能够获得：一、超快的光谱分析速度：“频率-时间映射”函数可以将时域信号转化为频域信号，由于示波器对时域信号的采集相比较直接使用光谱仪测量谱线要快，因此采用本发明的方法可以实现光谱的快速分析。二、大的测量动态范围：由于使用飞秒激光脉冲作为光源，飞秒脉冲的宽光谱为FBG光谱测量提供了大的动态范围。

附图说明

图1是本发明光纤光栅实时光谱分析装置结构原理图。

图2为“频率-时间映射”函数示意图。

图3为根据本发明的实施例得到的光谱分析结果。

图4为飞秒脉冲经过FBG组的透射光强度等高线图。

图5为确定FBG中心波长的示意图。

图6为本发明光纤光栅实时光谱分析方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明光纤光栅实时光谱分析装置的结构原理图，如图1所示，根据本发明的一方面，提出一种光纤光栅实时光谱分析装置，该装置包括光源模块1、传感单元2、色散单元3、记录模块4和待测单元，其中：

所述光源模块1用于发射脉冲，其进一步包括飞秒激光器5和光衰减器6。所述飞秒激光器5用于发射用于光栅光谱分析的飞秒激光脉冲，所述光衰减器6用于对所述飞秒激光脉冲进行强度衰减，以避免飞秒激光脉冲的高峰值功率导致光纤中的非线性现象。

所述传感单元2和所述待测单元通过光学开关22连接所述光源模块1；

所述传感单元2用于使所述发射脉冲信号发生干涉，其采用的传递函数事先设定。所述传感单元2为一个串联干涉仪结构，其依次包括保偏光纤12和起偏器14，其中，所述保偏光纤12用于将入射脉冲光分成两个偏振模式，并分别沿着保偏光纤12的快轴和慢轴传播；所述起偏器14用于将沿着所述保偏光纤12的快轴和慢轴传播的两束光在所述起偏器14上发生干涉；另外，所述传感单元2还包括偏振控制器11和偏振控制器13，所述偏振控制器11用于控制入射偏振光相对保偏光纤12偏振主轴的角度；所述偏振控制器13用于调节出射偏振光相对起偏器14的角度。

所述待测单元包括多根串联的FBG7、8(下文以五根FBG为例进行说明)、压电陶瓷纳米平移台10及其驱动器9，所述五根串联的FBG7、8中，前4根FBG7为一组，后1根FBG8为一组，所述FBG8不受轴向应力，而其它四根FBG7均装载在纳米平移台上，当其受到轴向应力时，光栅光谱发生变化；所述压电陶瓷纳米平移台10与所述4根FBG7并联，所述压电陶瓷纳米平移台10与其驱动器9相连。

所述色散单元3通过光学开关23连接所述传感单元2和所述待测单元，用于对所述传感单元2或所述待测单元发射的脉冲进行展宽；所述色散单元3包括FBG15、两卷色散补偿光纤16和18和掺铒光纤放大器17，其中，起偏器14发出的光首先经过FBG15，该FBG15放置在温度控制环境中，其光谱位置不受温度和应力的影响，因此作为整个系统的光谱参考点。为了使得FBG15发出的光脉冲的光谱结构在时域上充分展开，因此，在接收光路中，采用两卷色散补偿光纤16和18的串联结构来对FBG15发出的光脉冲进行时域展开处理，另外，为了提高信噪比，在所述两卷色散补偿光纤中间使用掺铒光纤放大器17来增强光信号的强度。

所述色散单元3中用于对发射脉冲进行展宽的三阶色散和低阶色散对应的传递函数记为H₁(ω)和H₂(ω)，分别由式(1)和式(2)定义：

$H_1\left(\mathrm{\ω}\right)=H_0\exp (-j\underset{n=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\β}}_{n}L}{n!}{\mathrm{\ω}}^n)---\left(1\right)$

$H_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\exp (-j\frac{{\mathrm{\β}}_{3}L}{6}{\mathrm{\ω}}^3)---\left(2\right)$

其中，H₁(ω)为三阶色散对应的传递函数，H₂(ω)为低阶色散对应的传递函数，H₀为光纤透过率常数，β_n为n阶色散常数，L为色散光纤的长度，β₃为3阶色散常数。所述记录模块4连接所述色散单元3，用于记录频域和时域的出射信号。所述记录模块4包括光谱仪21、光电探测器19和示波器20，其中，所述光谱仪21用于探测出射信号的频域光谱；所述光电探测器19用于接收出射时域信号并将其输入到示波器20上进行显示。

在对待测单元中的五根FBG的光谱进行检测之前，先将所述光学开关22、23连接到所述传感单元2上，根据所述记录模块4记录的频域和时域的出射脉冲信号，将所述频域和时域脉冲信号对应的干涉条纹的峰值坐标采用4阶多项式拟合，即可得到“频率-时间”映射校准关系(即“频率-时间映射”函数)，如图2所示，也就是说，根据所述“频率-时间映射”函数，就能实现频域干涉条纹和时域干涉条纹的相互转化。所述时域和频域干涉条纹的对应关系可以用来对整个系统进行“频-时”映射校准。具体地：

当所述光学开关22、23连接到所述传感单元2时，分别测得频域和时域的出射脉冲信号(干涉条纹)，找出两个出射脉冲信号中的对应峰值位置，并使用4阶多项式拟合，得到频率-时间映射关系：

λ＝1557.985-1.046t-7.728×10^-4t²-1.738×10^-5t³    (3)

其中，波长λ和时间t的单位分别为纳米和纳秒。

然后，在对待测元件中的五根FBG进行超快光谱分析时，再将所述光学开关22、23连接到所述待测单元上。为了达到快速测量的目的，只测量记录模块4输出的时域脉冲信号波形，然后通过式(3)得到的频率-时间映射关系，将所述时域脉冲信号波形转化得到与之对应的频谱波形，即可实现对于待测FBG的超高速光谱检测。

在本发明的一个实施例中，选用的飞秒激光器的型号为IMRAFemtolite 780Model B-4-FC-PD，压电陶瓷纳米平移台10的型号为PIModel P-752.1CD，其驱动器9型号为PI Model E-665.CR，串联的色散补偿光纤的总色散为-952.4ps/nm，并设定FBG15的时域频域位置为坐标转换原点[0ns，1557.985nm]。所述四根FBG7写在13.96cm长度的单模光纤上，所述压电陶瓷纳米平移台10的精度为0.2nm，因此，所加轴向应力的精度为1.43nε；所述压电陶瓷纳米平移台移动17步，每次移动距离为2μm；上述五根FBG：FBG₀到FBG₅的波长中心和峰值反射率分别为：(1550.173nm，0.9072)，(1551.129nm，0.6259)，(1552.061nm，0.7169)，(1553.035nm，0.6658)，(1554.023nm，0.6865)和(1557.985nm，0.9776)。使用光谱仪21和示波器20测得的光谱信号和时域波形如图3所示，图3中(a)为频域透射谱随应力的变化示意图，(b)为时域透射谱随应力的变化示意图。

因为色散补偿光纤的群速度色散为负，所以图3中，时域波形是频域波形的水平翻转像。从图4飞秒脉冲经过FBG组的频域透射光强度等高线图(图4(a)为时域透射谱，(b)为频域透射谱)中可以看出：在轴向应力作用下，FBG的中心波长线性移动；然而在时域，FBG的移动轨迹偏离直线，这是由于高阶色散的影响。

本发明中，使用式(3)可以将时域波形转化为频域信息，如图5所示，对图中的每一个FBG频谱波形，进行基于Levenberg-Marquardt算法的最小二乘法高斯函数非线性拟合，就可以得到每一个FBG的中心波长。

本发明所使用的高斯拟合函数为：

$G\left(\mathrm{\λ}\right)=B_c-(A/W\sqrt{\mathrm{\π}/2})\exp \{-2{[(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_c)/W]}^2\}---\left(4\right)$

其中，B_c为强度偏置量，A是高斯曲线包含的面积，W是FBG的宽度，λ_c是FBG的中心波长。

根据本发明的一个实施例，所述示波器20使用实时采样数字磷光示波器(Tektronix Model TDS7704B，7GHz bandwidth，20Gs/s)，在该示波器中，一帧可以采集194个时域光谱。

根据本发明的另一方面，还提出一种光纤光栅实时光谱分析方法，如图6所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1，发射用于光栅光谱分析的飞秒激光脉冲；

所述步骤S 1进一步包括对所述飞秒激光脉冲进行强度衰减的步骤，以避免飞秒激光脉冲的高峰值功率导致光纤中的非线性现象。

步骤S2，使所述发射脉冲信号发生干涉；

该步骤中，使用串联干涉仪使所述发射脉冲信号发生干涉。

步骤S3，对发生干涉之后得到的脉冲进行展宽；

该步骤中，对脉冲信号进行展宽的三阶色散和低阶色散对应的传递函数记为H₁(ω)和H₂(ω)，由下式定义：

$H_1\left(\mathrm{\ω}\right)=H_0\exp (-j\underset{n=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\β}}_{n}L}{n!}{\mathrm{\ω}}^n),$

$H_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\exp (-j\frac{{\mathrm{\β}}_{3}L}{6}{\mathrm{\ω}}^3),$

其中，H₁(ω)为三阶色散对应的传递函数，H₂(ω)为低阶色散对应的传递函数，H₀为光纤透过率常数，β_n为n阶色散常数，L为色散光纤的长度，β₃为3阶色散常数。

步骤S4，记录并显示频域和时域的出射脉冲信号；

步骤S5，根据频域和时域的出射脉冲信号，得到“频率-时间”映射校准关系；

所述步骤S5进一步包括以下步骤：

步骤S51，分别测得频域和时域的出射脉冲信号；

步骤S52，找出两个出射脉冲信号中的对应峰值位置，并使用4阶多项式拟合，得到“频率-时间”映射校准关系：

λ＝1557.985-1.046t-7.728×10^-4t²-1.738×10^-5t³，

其中，波长λ和时间t的单位分别为纳米和纳秒。

步骤S6，将待测的多个FBG串联起来，将除最后一个FBG的所有FBG与压电陶瓷纳米平移台并联；

步骤S7，发射用于光栅光谱分析的飞秒激光脉冲；

所述步骤S7进一步包括对所述飞秒激光脉冲进行强度衰减的步骤，以避免飞秒激光脉冲的高峰值功率导致光纤中的非线性现象。

步骤S8，对经过待测FBG的脉冲信号进行展宽；

该步骤中，使用所述三阶色散和低阶色散对应的传递函数对信号进行展宽。

步骤S9，记录时域脉冲信号波形，通过所述“频率-时间”映射校准关系，将所述时域脉冲信号波形转化得到与之对应的频谱波形，完成对于待测FBG的超高速光谱检测。

所述步骤S9中，将时域脉冲信号波形转化得到与之对应的频谱波形，完成对于待测FBG的超高速光谱检测进一步包括：对每一个FBG的频谱波形进行基于Levenberg-Marquardt算法的最小二乘法高斯函数非线性拟合，得到每一个FBG的中心波长，其中，用于拟合的高斯函数为：

$G\left(\mathrm{\λ}\right)=B_c-(A/W\sqrt{\mathrm{\π}/2})\exp \{-2{[(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_c)/W]}^2\},$

其中，B_c为强度偏置量，A是高斯曲线包含的面积，W是FBG的宽度，λ_c是FBG的中心波长。

综上，采用本发明的技术方案，能够获得：

一、超快的光谱分析速度：

“频率-时间映射”函数可以将时域信号转化为频域信号，由于示波器对时域信号的采集相比较直接使用光谱仪测量谱线要快，因此采用本发明的方法可以实现光谱的快速分析。

二、大的测量动态范围：

由于使用飞秒激光脉冲作为光源，飞秒脉冲的宽光谱为FBG光谱测量提供了大的动态范围。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种光纤光栅实时光谱分析装置，其特征在于，该装置包括：光源模块(1)、传感单元(2)、色散单元(3)、记录模块(4)和待测单元，其中：

所述光源模块(1)用于发射脉冲；

所述传感单元(2)和所述待测单元通过光学开关(22)连接所述光源模块1；

所述传感单元(2)用于使所述发射脉冲信号发生干涉；

所述待测单元包括多根串联的光纤布拉格光栅FBG(7、8)、压电陶瓷纳米平移台(10)及其驱动器(9)；所述压电陶瓷纳米平移台(10)与除最后一个FBG的其他FBG(7)并联，所述压电陶瓷纳米平移台(10)与其驱动器(9)相连；

所述色散单元(3)通过光学开关(23)连接所述传感单元(2)和所述待测单元，用于对所述传感单元(2)或所述待测单元发射的脉冲进行展宽；

所述记录模块(4)连接所述色散单元(3)，用于记录频域和时域的出射脉冲信号；

在对待测单元中的FBG的光谱进行检测之前，先将所述光学开关(22)、(23)连接到所述传感单元(2)上，根据所述记录模块(4)记录的频域和时域的出射脉冲信号，得到“频率-时间”映射校准关系；

然后，在对待测元件中的FBG进行超快光谱分析时，将所述光学开关(22)、(23)连接到所述待测单元上，测量记录模块(4)输出的时域脉冲信号波形，通过所述“频率-时间”映射校准关系，将所述时域脉冲信号波形转化得到与之对应的频谱波形，完成对于待测FBG的超高速光谱检测。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源模块(1)包括飞秒激光器(5)和光衰减器(6)；其中，所述飞秒激光器(5)用于发射用于光栅光谱分析的飞秒激光脉冲，所述光衰减器(6)用于对所述飞秒激光脉冲进行强度衰减，以避免飞秒激光脉冲的高峰值功率导致光纤中的非线性现象。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感单元(2)采用的传递函数事先设定。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感单元(2)为串联干涉仪，其依次包括保偏光纤(12)和起偏器(14)，其中，所述保偏光纤(12)用于将入射脉冲光分成两个偏振模式，并分别沿着保偏光纤(12)的快轴和慢轴传播；所述起偏器(14)用于将沿着所述保偏光纤(12)的快轴和慢轴传播的两束光在所述起偏器(14)上发生干涉。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述传感单元(2)还包括偏振控制器(11)和偏振控制器(13)，所述偏振控制器(11)用于控制入射偏振光相对保偏光纤(12)偏振主轴的角度；所述偏振控制器(13)用于调节出射偏振光相对起偏器(14)的角度。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多根串联的FBG(7、8)中，最后1根FBG(8)为一组，其他FBG(7)为一组，所述FBG(8)不受轴向应力，而其它FBG(7)均装载在纳米平移台上，当其受到轴向应力时，光栅光谱发生变化。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述色散单元(3)包括FBG(15)、两卷色散补偿光纤(16、18)，其中，所述传感单元(2)发出的光首先经过FBG(15)，所述两卷色散补偿光纤(16、18)串联起来对FBG(15)发出的光脉冲进行时域展开处理，以使FBG(15)发出的光脉冲的光谱结构在时域上充分展开。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述FBG(15)放置在温度控制环境中，其光谱位置不受温度和应力的影响，因此作为整个系统的光谱参考点。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述色散单元(3)还包括掺铒光纤放大器(17)，置于所述两卷色散补偿光纤的中间，以增强光信号的强度，提高信噪比。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述色散单元(3)中用于对发射脉冲进行展宽的三阶色散和低阶色散对应的传递函数记为H₁(ω)和H₂(ω)，由下式定义：

$H_1\left(\mathrm{\ω}\right)=H_0\exp (-j\underset{n=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\β}}_{n}L}{n!}{\mathrm{\ω}}^n),$

$H_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\exp (-j\frac{{\mathrm{\β}}_{3}L}{6}{\mathrm{\ω}}^3),$

其中，H₁(ω)为三阶色散对应的传递函数，H₂(ω)为低阶色散对应的传递函数，H₀为光纤透过率常数，β_n为n阶色散常数，L为色散光纤的长度，β₃为3阶色散常数。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述记录模块(4)包括光谱仪(21)、光电探测器(19)和示波器(20)，其中，所述光谱仪(21)用于探测出射频域信号的频域光谱；所述光电探测器(19)用于接收出射时域信号并将其输入到示波器(20)上进行显示。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，根据所述记录模块(4)记录的频域和时域的出射脉冲信号，得到“频率-时间”映射校准关系进一步为：

找出所述频域和时域的出射脉冲信号中的对应峰值位置，并使用4阶多项式拟合，得到频率-时间映射关系：

λ＝1557.985-1.046t-7.728×10^-4t²-1.738×10^-5t³，

其中，波长λ和时间t的单位分别为纳米和纳秒。

13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述将时域脉冲信号波形转化得到与之对应的频谱波形，完成对于待测FBG的超高速光谱检测进一步包括：对每一个FBG的频谱波形进行基于Levenberg-Marquardt算法的最小二乘法高斯函数非线性拟合，得到每一个FBG的中心波长。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，用于拟合的高斯函数为：

$G\left(\mathrm{\λ}\right)=B_c-(A/W\sqrt{\mathrm{\π}/2})\exp \{-2{[(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_c)/W]}^2\},$

其中，B_c为强度偏置量，A是高斯曲线包含的面积，W是FBG的宽度，λ_c是FBG的中心波长。

15.一种光纤光栅实时光谱分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S1，发射用于光栅光谱分析的飞秒激光脉冲；

步骤S2，使所述发射脉冲信号发生干涉；

步骤S3，对发生干涉之后得到的脉冲进行展宽；

步骤S4，记录并显示频域和时域的出射脉冲信号；

步骤S5，根据所述频域和时域的出射脉冲信号，得到“频率-时间”映射校准关系；

步骤S6，将待测的多个光纤布拉格光栅FBG串联起来，将除最后一个FBG的所有FBG与压电陶瓷纳米平移台并联；

步骤S7，发射用于光栅光谱分析的飞秒激光脉冲；

步骤S8，对经过待测FBG的脉冲信号进行展宽；

步骤S9，记录时域脉冲信号波形，通过所述“频率-时间”映射校准关系，将所述时域脉冲信号波形转化得到与之对应的频谱波形，完成对于待测FBG的超高速光谱检测。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤S1和步骤S7进一步包括对所述飞秒激光脉冲进行强度衰减的步骤，以避免飞秒激光脉冲的高峰值功率导致光纤中的非线性现象。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，使用串联干涉仪使所述发射脉冲信号发生干涉。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤S3和步骤S8中，对脉冲信号进行展宽的三阶色散和低阶色散对应的传递函数记为H₁(ω)和H₂(ω)，由下式定义：

$H_1\left(\mathrm{\ω}\right)=H_0\exp (-j\underset{n=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\β}}_{n}L}{n!}{\mathrm{\ω}}^n),$

$H_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\exp (-j\frac{{\mathrm{\β}}_{3}L}{6}{\mathrm{\ω}}^3),$

其中，H₁(ω)为三阶色散对应的传递函数，H₂(ω)为低阶色散对应的传递函数，H₀为光纤透过率常数，β_n为n阶色散常数，L为色散光纤的长度，β₃为3阶色散常数。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤S5进一步为：找出所述频域和时域的出射脉冲信号中的对应峰值位置，并使用4阶多项式拟合，得到“频率-时间”映射校准关系：

λ＝1557.985-1.046t-7.728×10^-4t²-1.738×10^-5t³，

其中，波长λ和时间t的单位分别为纳米和纳秒。

20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤S9中，将时域脉冲信号波形转化得到与之对应的频谱波形，完成对于待测FBG的超高速光谱检测进一步包括：对每一个FBG的频谱波形进行基于Levenberg-Marquardt算法的最小二乘法高斯函数非线性拟合，得到每一个FBG的中心波长。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，用于拟合的高斯函数为：

$G\left(\mathrm{\λ}\right)=B_c-(A/W\sqrt{\mathrm{\π}/2})\exp \{-2{[(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_c)/W]}^2\},$

其中，B_c为强度偏置量，A是高斯曲线包含的面积，W是FBG的宽度，λ_c是FBG的中心波长。

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