CN104237141A - 一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置 - Google Patents

一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104237141A
CN104237141A CN201410504608.8A CN201410504608A CN104237141A CN 104237141 A CN104237141 A CN 104237141A CN 201410504608 A CN201410504608 A CN 201410504608A CN 104237141 A CN104237141 A CN 104237141A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pass filter
wave pass
optical fiber
short
fiber collimator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410504608.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104237141B (zh
Inventor
刘博文
黄昊
宋寰宇
胡明列
王清月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201410504608.8A priority Critical patent/CN104237141B/zh
Priority claimed from CN201410504608.8A external-priority patent/CN104237141B/zh
Publication of CN104237141A publication Critical patent/CN104237141A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104237141B publication Critical patent/CN104237141B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置，使用三个光纤准直器和一个长波通滤光片或短波通滤光片，超连续光源通过尾纤输出的超连续光谱通过一个光纤准直器被准直，进而入射至长波通滤光片或短波通滤光片上，根据长波通滤光片或短波通滤光片的截止波长分为长波和短波两个部分被长波通滤光片或短波通滤光片透射或反射，透射或反射出的两路光再分别各经过一个光纤准直器耦合入待测物中，再分别采用对应量程的两个光谱仪同时分别测量待测物的透射光谱。本发明实现了在超连续光源整个光谱范围内同时使用光栅光谱仪进行超宽带无缝测量。本发明的装置不需要在每次测量之前调节光路更换不同的窄带滤光片，既省时省力，降低了成本，又增加了装置的稳定性和可靠性。

Description

一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置
技术领域
本发明涉及一种光谱分束测量方法及装置。特别是涉及一种利用体光学器件将超连续光谱长短波成分进行分束以便于在整个光谱范围内同时进行测量的针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置。
背景技术
光脉冲在非线性介质中的传输过程，不仅受到诸如自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)、受激喇曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)等多种非线性效应的影响，也受到介质色散特性的影响。在非线性效应与色散的共同作用下，新的频率分量得以产生。对于足够强的脉冲，其光谱能够被展宽数百纳米以上，这种现象称之为超连续光谱的产生。
超连续光源能输出超宽光谱激光，其在生物、医学、物理、国防和工业等对低相干光源或光谱分析有高要求的领域上有着重要的应用。在光谱分析应用中，由于超连续光源能够输出超过一个甚至数个倍频程的极宽光谱，所以一台超连续光源就可以替代之前数个不同波段的窄带光源，大大简化了系统光源的复杂度。
然而，从光谱测量方面来看，现阶段主要使用的设备是光栅光谱仪。相对于超连续光源的光谱带宽来说，光栅光谱仪的量程十分有限，一般为一个倍频程左右，比如：两种常用光栅光谱仪的量程分别为600-1700nm和1200-2400nm。特别是接近于中红外区的2微米波段，市场上几乎只有量程为1200-2400nm这一种光谱仪可供选择。
根据光栅方程可知，长波长光信号的低级次衍射将与短波长光信号的相应高级次衍射完全重合，无法分开。例如：波长为2100nm的光入射进光栅光谱仪中，其一级衍射会与波长为1050nm光的二级衍射、波长为700nm光的三级衍射以及以此类推更短波长的更高级次衍射光完全重合。其后果是即使实际上并没有2100nm的光进入光谱仪而仅有上述提及的短波长光进入到光谱仪中，光谱仪也会显示测得了波长为2100nm的光信号，从而导致测量误差。
更进一步地，现有超连续光源大多使用工作在1微米波段的掺镱光纤锁模激光器作为种子光源，经放大后泵浦非线性光纤产生超连续光谱。这使得超连续光谱的短波部分尤其是1微米波段的光强强于长波部分。加之超连续光谱的短波部分已明显短于光谱仪量程的短波限1200nm。最终的结果是在较强的1微米波段光信号以及光谱仪的超量程使用这二者共同作用下，测量结果的长波部分，尤其是在2微米波段，上述测量误差被进一步加剧了。
目前，在应用超连续光源进行光谱分析应用时，解决上述问题的主要方法是根据应用的波段采用相应的窄带滤光片滤出相应的光谱成分。然而，这种方法的劣势也是显而易见的。一方面，处于窄带滤光片截止带内的光谱成分将被完全损耗掉，不能应用。这不仅极大浪费了超连续光源的光谱宽度，也削弱了其较传统窄带光源而言的优势。另一方面，为了满足超宽带测量的需求，上述方案必定需要数个窄带滤光片，不仅增加了装置的成本，而且每次更换窄带滤光片都需要重新调节光路，费时费力。
例如：在利用超连续光源测量光纤光栅的应用中，如果有中心波长分别为1.5微米和2微米左右的两根光纤光栅需要测量。按照上述解决方案需要准备中心波长分别为1.5微米和2微米的两个窄带滤光片分两次测量，且每次测量前都需要重新调整光路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够充分利用超连续光源全部波段进行实时测量、不需要在每次测量之前调节光路更换不同的窄带滤光片，并且能够增加装置的稳定性和可靠性的针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置。
本发明所采用的技术方案是：一种针对超连续光源的光谱分束测量方法，使用三个光纤准直器和一个长波通滤光片或短波通滤光片，超连续光源通过尾纤输出的超连续光谱通过一个光纤准直器被准直，进而入射至长波通滤光片或短波通滤光片上，根据长波通滤光片或短波通滤光片的截止波长分为长波和短波两个部分被长波通滤光片或短波通滤光片透射或反射，透射或反射出的两路光再分别各经过一个光纤准直器耦合入待测物中，再分别采用对应量程的两个光谱仪同时分别测量待测物的透射光谱。
所述长波通滤光片或短波通滤光片的截止波长大于测量长波部分光谱所用光谱仪的量程短波限。
一种用于针对超连续光源的光谱分束测量方法的装置，包括有第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器和长波通滤光片或短波通滤光片，所述的第一光纤准直器的光入射端通过光纤连接超连续光源，所述长波通滤光片或短波通滤光片设置在所述第一光纤准直器的输出光路上，所述第二光纤准直器设置在所述长波通滤光片或短波通滤光片的反射光路上，所述第三光纤准直器设置在所述长波通滤光片或短波通滤光片的透射光路上，所述的第二光纤准直器的光输出端连接第一待测物，所述的第三光纤准直器的光输出端连接第二待测物，所述第一待测物的光输出端连接第一光谱仪，所述第二待测物的光输出端连接第二光谱仪。
所述长波通滤光片或短波通滤光片的截止波长大于分别使用长波通滤光片或短波通滤光片时用于测量长波部分光谱的第二光谱仪或第一光谱仪的量程短波限。
本发明的一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置，不仅充分利用了超连续光源的整个光谱带宽，使得同时测量不同波段待测物的光谱成为可能；实现了在超连续光源整个光谱范围内同时使用光栅光谱仪进行超宽带无缝测量。使用本发明的装置也不需要在每次测量之前调节光路更换不同的窄带滤光片，既省时省力，降低了成本，又增加了装置的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2为第一光谱仪对1.5微米波段的第一待测光纤光栅测量得到的结果；
图3为第二光谱仪对2微米波段的第二待测光纤光栅测量得到的结果。
图中
1：第一光纤准直器  2：第二光纤准直器
3：第三光纤准直器  4：长波通滤光片或短波通滤光片
5：第一待测物      6：第二待测物
7：第一光谱仪      8：第二光谱仪
9：超连续光源      10：光纤
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置做出详细说明。
本发明的一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置，通过体光学器件将超连续光谱分为长短波两部分分别应用，可以实现在超连续光源整个光谱范围内同时使用光栅光谱仪进行超宽带无缝测量这一目标。
本发明的一种针对超连续光源的光谱分束方法，是使用三个光纤准直器和一个长波通滤光片或短波通滤光片来实现的，超连续光源通过尾纤输出的超连续光谱通过一个光纤准直器被准直，进而入射至长波通滤光片或短波通滤光片上，根据长波通滤光片或短波通滤光片的截止波长分为长波和短波两个部分被长波通滤光片或短波通滤光片透射或反射，透射或反射出的两路光再分别经过一个光纤准直器耦合入待测物中，最后分别采用对应量程的两个光谱仪同时分别测量待测物的透射光谱。其中，所述长波通滤光片或短波通滤光片的截止波长大于测量长波部分光谱所用光谱仪的量程短波限。
如图1所示，本发明的用于针对超连续光源的光谱分束方法的装置，包括有第一光纤准直器1、第二光纤准直器2、第三光纤准直器3和长波通滤光片或短波通滤光片4，所述的第一光纤准直器1的光入射端通过光纤10连接超连续光源9，所述长波通滤光片或短波通滤光片4设置在所述第一光纤准直器1的输出光路上，并且，所述的长波通滤光片或短波通滤光片4与所述的第一光纤准直器1的输出光路，以及长波通滤光片或短波通滤光片4的反射光路与所述的第一光纤准直器1的输出光路根据测量需要以及滤光片特性可以设置成一定的角度，如第一光纤准直器的输出光路以20度的入射角入射至长波通滤光片或短波通滤光片4上，即长波通滤光片或短波通滤光片4的反射光路与所述的第一光纤准直器1的输出光路呈40度夹角。
所述第二光纤准直器2设置在所述长波通滤光片或短波通滤光片4的反射光路上，所述第三光纤准直器3设置在所述长波通滤光片或短波通滤光片4的透射光路上，所述的第二光纤准直器2的光输出端连接第一待测物5，所述的第三光纤准直器3的光输出端连接第二待测物6，所述第一待测物5的光输出端连接第一光谱仪7，所述第二待测物6的光输出端连接第二光谱仪8。所述长波通滤光片或短波通滤光片4的截止波长大于分别使用长波通滤光片或短波通滤光片4时用于测量长波部分光谱的第二光谱仪8或第一光谱仪7的量程短波限。
本发明在具体实施例中使用的超连续光源输出光谱带宽为800-2100nm，超连续光谱通过尾纤输出后经过反射式的第一光纤准直器变为准直光，并以20度的入射角入射至长波通滤光片上。长波通滤光片的截止波长为1700nm，大于测量长波部分所用光栅光谱仪量程的短波限1200nm。这样，超连续光源输出的超宽光谱将以1700nm为界分成两束，800-1700nm的部分将被反射至第二光纤准直器中，1700-2100nm的部分将透射至第三光纤准直器中。第二光纤准直器和第三光纤准直器分别将两束光耦合入光纤内，传输至第一待测物和第二待测物。最后，用量程为600-1700nm和1200-2400nm的两个光谱仪分别同时测量第一待测物和第二待测物的透射光谱，可以分别得到如图2和图3所示的结果。第一待测物和第二待测物分别为1.5微米和2微米波段的光纤光栅，从图中可以读出二者的中心波长、反射率以及带宽等参数。其中的第一待测物和第二待测物可以是光纤光栅、块状晶体、生物组织薄片等透光物体。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种针对超连续光源的光谱分束测量方法，其特征在于，使用三个光纤准直器和一个长波通滤光片或短波通滤光片，超连续光源通过尾纤输出的超连续光谱通过一个光纤准直器被准直，进而入射至长波通滤光片或短波通滤光片上，根据长波通滤光片或短波通滤光片的截止波长分为长波和短波两个部分被长波通滤光片或短波通滤光片透射或反射，透射或反射出的两路光再分别各经过一个光纤准直器耦合入待测物中，再分别采用对应量程的两个光谱仪同时分别测量待测物的透射光谱。
2.根据权利要求1所述的一种针对超连续光源的光谱分束测量方法，其特征在于，所述长波通滤光片或短波通滤光片的截止波长大于测量长波部分光谱所用光谱仪的量程短波限。
3.一种用于权利要求1所述针对超连续光源的光谱分束测量方法的装置，包括有第一光纤准直器(1)、第二光纤准直器(2)、第三光纤准直器(3)和长波通滤光片或短波通滤光片(4)，其特征在于，所述的第一光纤准直器(1)的光入射端通过光纤(10)连接超连续光源(9)，所述长波通滤光片或短波通滤光片(4)设置在所述第一光纤准直器(1)的输出光路上，所述第二光纤准直器(2)设置在所述长波通滤光片或短波通滤光片(4)的反射光路上，所述第三光纤准直器(3)设置在所述长波通滤光片或短波通滤光片(4)的透射光路上，所述的第二光纤准直器(2)的光输出端连接第一待测物(5)，所述的第三光纤准直器(3)的光输出端连接第二待测物(6)，所述第一待测物(5)的光输出端连接第一光谱仪(7)，所述第二待测物(6)的光输出端连接第二光谱仪(8)。
4.根据权利要求3所述的用于针对超连续光源的光谱分束测量方法的装置，其特征在于，所述长波通滤光片或短波通滤光片(4)的截止波长大于分别使用长波通滤光片或短波通滤光片(4)时用于测量长波部分光谱的第二光谱仪(8)或第一光谱仪(7)的量程短波限。
CN201410504608.8A 2014-09-26 一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置 Active CN104237141B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410504608.8A CN104237141B (zh) 2014-09-26 一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410504608.8A CN104237141B (zh) 2014-09-26 一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104237141A true CN104237141A (zh) 2014-12-24
CN104237141B CN104237141B (zh) 2017-01-04

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003279480A (ja) * 2002-03-22 2003-10-02 Japan Science & Technology Corp 広帯域スーパーコンティニューム極短光パルスを用いたシングルショット過渡吸収計測方法およびシングルショット過渡吸収計測システム
CN101196559A (zh) * 2006-12-07 2008-06-11 中国科学院半导体研究所 一种可调整测量几何的磁光圆偏振二向色性测量系统
CN101371130A (zh) * 2006-01-20 2009-02-18 住友电气工业株式会社 光学分析器
CN101371128A (zh) * 2006-01-20 2009-02-18 住友电气工业株式会社 分析装置、真伪判定装置、真伪判定方法及地下探测方法
CN103293678A (zh) * 2013-06-04 2013-09-11 中国人民解放军国防科学技术大学 基于超连续谱光源的均匀激光照明装置
US20140183362A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Omni Medsci, Inc. Short-wave infrared super-continuum lasers for detecting counterfeit or illicit drugs and pharmaceutical process control
CN204101448U (zh) * 2014-09-26 2015-01-14 天津大学 一种针对超连续光源的光谱分束测量装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003279480A (ja) * 2002-03-22 2003-10-02 Japan Science & Technology Corp 広帯域スーパーコンティニューム極短光パルスを用いたシングルショット過渡吸収計測方法およびシングルショット過渡吸収計測システム
CN101371130A (zh) * 2006-01-20 2009-02-18 住友电气工业株式会社 光学分析器
CN101371128A (zh) * 2006-01-20 2009-02-18 住友电气工业株式会社 分析装置、真伪判定装置、真伪判定方法及地下探测方法
CN101196559A (zh) * 2006-12-07 2008-06-11 中国科学院半导体研究所 一种可调整测量几何的磁光圆偏振二向色性测量系统
US20140183362A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Omni Medsci, Inc. Short-wave infrared super-continuum lasers for detecting counterfeit or illicit drugs and pharmaceutical process control
CN103293678A (zh) * 2013-06-04 2013-09-11 中国人民解放军国防科学技术大学 基于超连续谱光源的均匀激光照明装置
CN204101448U (zh) * 2014-09-26 2015-01-14 天津大学 一种针对超连续光源的光谱分束测量装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F. KOCH ET AL.: "Dispersion measurement in optical fibres over the entire spectral range from 1.1μm to 1.7mm", 《OPTICS COMMUNICATIONS》 *
方晓惠 等: "3_95W高功率超连续光谱产生的实验研究", 《中国激光》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Paterova et al. Measurement of infrared optical constants with visible photons
CN103219638B (zh) 一种超连续谱光源及相干反斯托克斯拉曼散射成像系统
US9581495B2 (en) Spectral analysis device based on Brillouin dynamic grating and analysis method thereof
US20220268629A1 (en) Spectral measurement method, spectral measurement system, and broadband pulsed light source unit
CN102353447B (zh) 一种用于光谱成像仪的光谱定标装置
CN110832295B (zh) 实时光学光谱-时间分析仪和方法
CN104236725B (zh) 一种精确测量激光波长的装置及方法
Butler et al. Multi-octave spanning, Watt-level ultrafast mid-infrared source
CN106772438A (zh) 一种全天时准确测量大气温度和气溶胶参数的激光雷达系统
CN108007582B (zh) 一种基于瑞利布里渊散射激光波长检测的方法及装置
CN102313605A (zh) 自参考光谱干涉飞秒激光脉冲的实时测量方法和装置
CN103471992A (zh) 一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置及方法
Alonso et al. Characterization of sub-two-cycle pulses from a hollow-core fiber compressor in the spatiotemporal and spatiospectral domains
Tzankov et al. Broadband optical parametric amplification in the near UV–VIS
Pawłowska et al. Shaping and spatiotemporal characterization of sub-10-fs pulses focused by a high-NA objective
CN201476880U (zh) 一种光谱仪
Dimitrov et al. Pulse front tilt measurement of femtosecond laser pulses
US20140240702A1 (en) Laser based apparatus, methods and applications
CN204101448U (zh) 一种针对超连续光源的光谱分束测量装置
CN104237141A (zh) 一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置
JP6496317B2 (ja) 圧縮器と組み合わせて大型且つ高エネルギーのレーザービームをサンプリングする装置
CN104237141B (zh) 一种针对超连续光源的光谱分束测量方法及装置
JP7456639B2 (ja) 分光器
Zhu et al. Self-calibrating fiber spectrometer for the measurement of broadband downconverted photon pairs
DE102007042172A1 (de) Verfahren und optische Anordnung zur breitbandigen Messung geringer optischer Verluste

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant