CN104101483A

CN104101483A - 一种扫描共焦腔f-p干涉仪自由光谱范围测量系统

Info

Publication number: CN104101483A
Application number: CN201410258933.0A
Authority: CN
Inventors: 胡以华; 刘豪; 舒嵘; 洪光烈; 葛烨; 黄宇翔
Original assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: CN104101483B

Abstract

本发明公开了一种扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围测量系统,系统中激光器通过光纤连接所述第一光纤耦合器，第一光纤耦合器的一个输出端连接所述的声光移频器，声光移频器的输出端与第一耦合器的另外一个输出端连接所述第二光纤耦合器的两个输入端，第二光纤耦合器的输出端通过所述聚焦透镜把光聚焦在所述扫描共焦腔F-P干涉仪中心，扫描共焦腔F-P干涉仪连接所述光电探头，光电探头连接所述时间测量模块。只需要知道两个频率激光出射的时间信息和声光移频器的频率信息，就能算出扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围。本方案操作简便，测量精度高。

Description

一种扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围测量系统

技术领域

本发明涉及一种扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围测量系统。

背景技术

随着高分辨率激光光谱检测，精密光学测量等技术的不断发展，扫描共焦腔F-P干涉仪作为一种高精度光谱分析仪器，得到了广泛的应用，目前检测F-P自由光谱范围的方法主要有频率调制技术，该技术精度高，但系统结构复杂，并且需要复杂的数据后处理才能得到F-P的自由光谱范围，但精确测量扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围的技术并未出现。

发明内容

本发明提供一种精确测量扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围的测量系统。解决了精确快速测量扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围的问题。

本发明所述测量系统包括激光器，第一、第二光纤耦合器，声光移频器，扫描共焦腔F-P干涉仪，聚焦透镜，光电探头，时间测量模块。

所述激光器通过光纤连接所述第一光纤耦合器，第一光纤耦合器的一个输出端连接所述的声光移频器，声光移频器的输出端和第一光纤耦合器的另外一个输出端分别与第二光纤耦合器的两个输入端连接，第二光纤耦合器的输出端通过所述聚焦透镜把光聚焦在所述扫描共焦腔F-P干涉仪中心，扫描共焦腔F-P干涉仪连接所述光电探头，光电探头连接所述时间测量模块。

系统测量原理如下：

光电探头得到的信号如图1所述，设R为F-P腔的腔长，R₀为t₀时刻F-P 腔的腔长,此时波长为λ₁的激光和F-P腔腔长匹配，从F-P腔中出射，R₁为t₁时刻F-P腔的腔长,此时波长为λ₂的激光和F-P腔腔长匹配，从F-P腔中出射，波长为λ₂的激光为波长为λ₁的激光移频得到，R₂为t₂时刻F-P腔的的腔长,根据F-P干涉仪相干加强原理，得到：

kλ₁＝2R₀ (1)

kλ₂＝2R₁ (2)

(k+1)λ₁＝2R₂ (3)

(2)式减(1)式得：

k(λ₂-λ₁)＝2(R₁-R₀) (4)

(3)式减(1)式得：

λ₁＝2(R₂-R₀) (5)

(4)式除以(5)式得

\frac{k (λ_{2} - λ_{1})}{λ_{1}} = \frac{R_{1} - R_{0}}{R_{2} - R_{0}} - - - (6)

设压电陶瓷的扫描速度为V_s，则：

R₀＝R+V_st₀ (7)

R₁＝R+V_st₁ (8)

R₂＝R+V_st₂ (9)

把(7)、(8)、(9)带入(6)式得：

k \frac{λ_{2} - λ_{1}}{λ_{1}} = \frac{t_{1} - t_{0}}{t_{2} - t_{0}} - - - (10)

由于，令，得到：

k = \frac{T}{(\frac{f_{1}}{f_{2}} - 1)} - - - (11)

F-P腔的自由光谱范围相对于F-P腔的腔长R，腔的扫描长度 l＜＜R，因此R≈R₀≈R₁≈R₂，所以：

FSR = \frac{c}{2 R} \approx \frac{c}{2 R_{1}} = \frac{c}{k λ_{2}} - - - (12)

把(11)式代入(12)，化简得到：

FSR = \frac{f_{1} - f_{2}}{T} - - - (13)

其中声光移频器的移频量即为f₁-f₂，T可以由时间测量模块测得，这样我们就能得到F-P腔的自由光谱范围。由于近似产生的误差占实际结果的比重为：

\frac{ΔFSR}{FSR} < \frac{\frac{c}{2 R} - \frac{c}{2 (R + l)}}{\frac{c}{2 R}} = \frac{l}{R + l}

一般情况，l＜＜R，

所述激光器为一波长为F-P干涉仪工作波长范围内的连续波激光器。

所述声光移频器为一台使激光频率发生固定变化的仪器，因此不限于声光移频器，还可以使用其它移频仪器，如电光移频器。

所述光电探测器为可相应激光波长的光电探测器。

所述时间测量单元可以测量多个脉冲之间的时间间隔。

所述方法测量共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围需要测量两个频率激光出射的时间信息。

本发明的有益效果在于:

1、使用设备简单，操作简便，仅需额外增加一台激光器和其它简单的仪器；

2、本发明测量精度高，误差小。

附图说明

图1为扫描共焦腔F-P干涉仪输出的信号；

图2为扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围测量系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图2和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明，激光光源1采用NKT公司的波长可调谐激光器，输出激光经过普通单模光纤耦合器2分为两路，一路经过60MHz声光移频器3进行移频，移频之后的信号与光纤耦合器2输出的另外一路信号连接至光纤耦合器4，光纤耦合器4的出射激光通过聚焦透镜5入射至Thorlabs公司生产的SA200扫描共焦腔F-P干涉仪6的中心，光电探头7进行光电转换，输出的信号进入时间测量单元8，由时间测量单元8测量脉冲之间的时间间隔，通过时间间隔和声光移频器的移频量就能算出F-P腔的自由光谱范围。

Claims

1.一种扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围测量系统，包括激光器(1)，第一光纤耦合器(2)，第二光纤耦合器(4)，声光移频器(3)，扫描共焦腔F-P干涉仪(6)，聚焦透镜(5)，光电探头(7)，时间测量模块(8)，其特征在于：

所述的激光器(1)通过光纤连接第一光纤耦合器(2)，第一光纤耦合器(2)的一个输出端连接声光移频器(3)，声光移频器(3)的输出端和第一光纤耦合器(2)的另外一个输出端分别与第二光纤耦合器(4)的两个输入端连接，第二光纤耦合器(4)的输出端通过所述聚焦透镜(5)把光聚焦在所述扫描共焦腔F-P干涉仪(6)中心，扫描共焦腔F-P干涉仪(6)连接所述光电探头(7)，光电探头(7)连接所述时间测量模块(8)，通过时间测量模块(8)来获取两个频率激光出射的时间信息，并根据声光移频器(3)的频率信息计算出扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围。

2.根据权利要求1所述的一种扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围测量系统,其特征在于：所述的激光器(1)为一波长为F-P干涉仪工作波长范围内的连续波激光器。

3.根据权利要求1所述的一种扫描共焦腔F-P干涉仪自由光谱范围测量系统,其特征在于：所述的声光移频器(3)为一使激光频率变化固定频率的仪器。