CN104267505B - 一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置及方法 - Google Patents
一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104267505B CN104267505B CN201410539173.0A CN201410539173A CN104267505B CN 104267505 B CN104267505 B CN 104267505B CN 201410539173 A CN201410539173 A CN 201410539173A CN 104267505 B CN104267505 B CN 104267505B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- wedge
- grating
- diffraction
- slit
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 48
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 13
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 5
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 18
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 6
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
- G02B27/281—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for attenuating light intensity, e.g. comprising rotatable polarising elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
- G02B27/44—Grating systems; Zone plate systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本发明提供一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置及方法，其中装置包括，出射光及入射光、光楔延迟板、抛物面反射镜、转动衍射光栅、反射和聚焦系统、数据探测系统；所述光楔延迟板，用于消除偏振敏感度；所述抛物面反射镜，用于对光线准直和聚焦；所述转动衍射光栅，用于对入射光色散分光。采用工作于准Littrow条件下的光栅转动双通分光技术和光楔延迟偏振抑制技术，能够在损失较少光通量的前提下消除偏振敏感度，有效的改善电平灵敏度，而且能够极大简化分光系统和后端数据探测系统，减小光谱仪体积，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于光栅转动分光技术领域，尤其涉及的是一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置及方法。
背景技术
目前，光纤通信技术由于具有传输容量大、传输速率高、抗电磁干扰、保密性强等优点，已经在军事、工业、农业、医疗和科学研究等各个领域得到了飞速发展和广泛应用，随着光纤通信系统的传输速率和传输精度的不断提高，对光纤通信系统的测试尤为重要，相关测试仪器起着“看似配角，实为关键”的重要角色。无论是光纤通信系统研制单位，还是光纤通信器件研制生产单位都需要通信波段的光谱分析仪对其相关产品或系统的性能参数进行测试与分析，在600～1700nm近红外通信波段，近红外光谱分析仪是最通用的光频率域测量仪器，其中分光系统是光谱仪的核心，专门用于测试、分析与表征光纤通信系统中近红外半导体光源、光纤及光纤放大器、光学滤波器、光纤传感器等器件的光谱特性或光波传输特性以及光纤通信系统总体参数的光谱分析仪，其分光系统一般采用单通道光栅转动型，根据光学结构的不同，又分为单通型、级联型和双通型等。
在分光系统中，衍射光栅的衍射效率和光的偏振有很大的关系，为了减少偏振灵敏度的影响，提高电平测量精度，一种现有方法是采用偏振光分别接收的方法。如图1所示，入射光101由衍射光栅102分离成单一波长的光，再经过偏振分光棱镜105分解为o光和e光，根据不同的波段，分别由相应的光探测器接收，长波o光由o光长波探测器106接收，短波o光由o光短波探测器107接收，长波e光由e光长波探测器108接收，短波e光由e光短波探测器113接收，相应探测器将光信号转换成电信号，电信号叠加后由程控放大电路110进行程控放大，放大后的信号由A/D转换器112变换为数字信号送主控模块111进行校正和数据处理后，最终得到正确的光谱数据109。在这个过程中，经过偏振分光棱镜105分光后的光十分微弱，为了配合放大电路110对信号进行放大，首先要先将连续光调制成脉冲光，所以，在进入偏振分光棱镜之前，单色光首先要通过斩波器104进行调制，主控模块111同时还发送驱动信号给放大电路110和斩波器104，控制其正常工作，电机103控制着衍射光栅102的转动，从而调谐入射光波长。这种方法的本质是根据分离的单色光的偏振状态和波段设计四套光信号探测系统以达到分别接收的目的。
上述方法在一定程度上能够有效的降低分光系统的偏振敏感度，但存在如下缺点：(1)经过偏振分光棱镜和一系列反射及准直镜，光通量损失较大，给后端光电探测和信号处理增加难度；(2)由于采用四套光电探测系统，结构复杂，体积大，成本高；(3)如果不同偏振方向的光的衍射损耗差别很大，系统的信噪比将恶化，灵敏度低。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置及方法。
本发明的技术方案如下：
一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置，其中，包括出射光及入射光、光楔延迟板、抛物面反射镜、转动衍射光栅、反射和聚焦系统、数据探测系统；所述光楔延迟板，用于消除偏振敏感度；所述抛物面反射镜，用于对光线准直和聚焦；所述转动衍射光栅，用于对入射光色散分光；所述反射和聚焦系统，包括平面反射镜、透镜、可变孔径轮；所述平面反射镜，用于对光进行反射；所述透镜，用于对光进行聚焦；所述可变孔径轮，用于选择不同的狭缝宽度，所述可变孔径轮的轮面上刻有不同孔径大小的狭缝，通过电机控制所述可变孔径轮的转动，来选择所述可变孔径轮上的不同的狭缝宽度；所述数据探测系统包括平面反射镜、出射狭缝、双色近红外光电探测器、信号放大器及模数转换器；所述平面反射镜，用于对光进行反射，改变光的传播方向；所述出射狭缝，用于接收出射单色光；所述双色近红外光电探测器，用于进行光电变换；所述信号放大器用于信号放大；所述模数转换器，用于模数转换。
所述的光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置，其中，所述可变孔径轮为可转动的可变孔径轮；所述来选择所述可变孔径轮上的不同的狭缝宽度，用于选择光栅转动分光装置不同的波长分辨带宽。
所述的光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置，其中，所述入射光波长调谐由转动衍射光栅的角位置控制。
所述的光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置，其中，所述光楔延迟板由光轴正交、楔角相等且斜面并列互相紧贴的两个光楔胶合而成。
所述的光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置，其中，所述转动衍射光栅是由若干等间距等宽度的狭缝组成，所述转动衍射光栅为45mm×60mm大尺寸全息闪耀光栅，刻划密度为1000l/mm，闪耀波长为900nm，波长范围是600nm～1700nm。
一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光方法，其中，包括以下步骤：
步骤1：来自待测器件的光通过光纤输入连接器进入光路第一通，首先到达光楔延迟板；
步骤2：当入射光的偏振面与光楔延迟板第一光楔光轴成π/4并垂直入射到其表面时，板上不同部位的光线会产生不同程度的相位延迟；设L1和L2分别表示第一和第二光楔在某一点处光楔的厚度，由第一光楔产生的相位差为2πL1(nS-nP)/λ，由第二光楔产生的相位差为-2πL2(nS-nP)/λ，总的相位差为2π(L1-L2)(nS-nP)/λ，其中，nS和nP分别为光楔对S偏振光和P偏振光的折射率，λ为入射光波长；随着光楔延迟板厚度的变化，出射光将包含所有的偏振状态，总积分后能够达到退偏合成的效果；
步骤3：消除偏振后的光由抛物面反射镜准直后照射到衍射光栅上，该光栅工作在Littrow条件下，通过转动光栅，改变入射角θ，解析出期望的波长λ所对应的光栅角位置，从而调谐入射光波长；入射光在光栅上发生衍射，不同波长的衍射光以不同的衍射角散射回来；
步骤4：散射回来且满足Littrow条件波长的衍射光通过同一抛物面反射镜返回并进入反射和聚焦系统，通过被反射和聚焦系统中的平面反射镜反射和透镜聚焦，最终成像在可变孔径轮的某一狭缝上，转动可变孔径轮，来选择不同宽度的狭缝，以选择光栅转动分光装置不同的波长分辨带宽；
步骤5：当光束从狭缝出来，光束经过光路一通形成准单色光后光路第一通结束，进入光路第二通，进入光路第二通的光束被平面反射镜反射到同一块抛物面反射镜上，经过抛物面反射镜准直后再次照射到同一块衍射光栅上，离开狭缝的光被平面反射镜反射到同一抛物面反射镜上，经过抛物面反射镜准直后照射到同一块衍射光栅上，光束在光路第二通内进一步色散，将光路第一通形成的准单色光进一步调谐滤波，消除准单色光附加的散光,形成二次衍射光；
步骤6：二次衍射光通过抛物面反射镜和平面反射镜反射并被聚焦成像在数据探测系统的出射狭缝处，狭缝入口用以接收出射光，狭缝出口处放置较小光敏面的双色近红外探测器，双色近红外探测器将光信号转换为电信号，电信号再经过差分放大后传输给模数转换器，模数转换器将模拟信号转换成数字信号后输出，作为最终的光谱信号。
所述的光楔延迟消偏振的光栅转动分光方法，其中，所述步骤5中,光束经过光路二通形成二次衍射光的具体步骤为：离开狭缝的光被平面反射镜反射到同一抛物面反射镜上，经过抛物面反射镜准直后照射到同一块转动衍射光栅上进一步色散，形成二次衍射光。
所述的光楔延迟消偏振的光栅转动分光方法，其中，所述步骤6中,所述数据探测系统的出射狭缝处的宽度为1-1.5mm。
采用上述方案：(1)因使用光学元器件较少，减少光通量损失，消除偏振敏感度；(2)简化分光系统和后端数据探测系统；(3)改善电平灵敏度，提高系统信噪比。(4)成本更低、技术更稳定，分光系统调试更加灵活简单，通用性强，可以推广应用于近红外光谱分析仪中，提高仪器的稳定性和性能指标，为光纤通信技术相关产业的发展提供强有力的测试保障。
附图说明
图1为现有技术中不同偏振态光分别接收的信号探测系统。
图2为本发明装置整体结构示意图。
图3为本发明装置中反射和聚焦系统的内部结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提供一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置原理如图2-图3所示，包括出射光及入射光、光楔延迟板24、抛物面反射镜22、转动衍射光栅23、反射和聚焦系统21、数据探测系统20；所述光楔延迟板24，用于消除偏振敏感度；所述抛物面反射镜22，用于对光线准直和聚焦；所述转动衍射光栅23，用于对入射光色散分光；如图3所示,所述反射和聚焦系统21，包括平面反射镜210、透镜211、可变孔径轮212；所述平面反射镜210，用于对光进行反射；所述透镜211，用于对光进行聚焦；所述可变孔径轮212，用于选择不同的狭缝宽度，轮上刻有不同孔径大小的狭缝，通过电机控制孔径轮转动，来选择不同的狭缝宽度；所述数据探测系统20包括平面反射镜201、出射狭缝202、双色近红外光电探测器205、信号放大器203及模数转换器204；所述平面反射镜201，用于对光进行反射，改变光的传播方向；所述出射狭缝202，用于接收出射单色光；所述双色近红外光电探测器205，用于进行光电变换；所述信号放大器203用于信号放大；所述模数转换器204，用于模数转换。
上述中，所述可变孔径轮212为可转动的可变孔径轮；所述来选择所述可变孔径轮上的不同的狭缝宽度，用于选择光栅转动分光装置不同的波长分辨带宽。
上述中，入射光波长调谐由转动衍射光栅的角位置控制。
上述中，光楔延迟板由光轴正交、楔角相等且斜面并列互相紧贴的两个光楔胶合而成。
上述中，转动衍射光栅是由若干等间距等宽度的狭缝组成，该衍射光栅为45mm×60mm大尺寸全息闪耀光栅，刻划密度为1000l/mm，闪耀波长为900nm，波长范围是600nm～1700nm。
如图2-图3所示,图3中入射光表示光路一通中通过抛物面反射镜22准直返回的平行准单色光，该光束进入反射和准直系统21，通过平面反射镜210反射改变传播方向，再通过透镜211进行聚焦，最终成像在可变孔径轮212的某一狭缝上，可变孔径轮212上面刻蚀有不同孔径宽度大小的狭缝，分光装置的波长分辨带宽与该狭缝有关，在狭缝缝宽大于入射光纤芯径的条件下，其波长分辨带宽RB＝dScosβ/mf，其中d为光栅常数，S为狭缝缝宽，f为系统焦距，m为衍射级次，β为衍射角，在光栅和光学系统确定的情况下，波长分辨带宽只和狭缝缝宽成正比，所以通过转动孔径轮212选择不同宽度的狭缝，可以选择不同的波长分辨带宽，从可变孔径轮212上面的狭缝出射的光束再经过平面反射镜213改变传播方向从该反射和聚焦系统21出射，出射光照射到同一块抛物面反射镜22上，由该抛物面反射镜22进行准直并再次照射到同一块衍射光栅23上，继续完成光路第二通。
在上述内容的基础上,本发明还提供一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光方法，包括以下步骤：
步骤1：来自待测器件的光通过光纤输入连接器进入光路第一通，首先到达光楔延迟板；
步骤2：当入射光的偏振面与第一光楔光轴成π/4并垂直入射到其表面时，由于晶体的双折射特性，偏振角垂直于光栅的S偏振光和平行于光栅的P偏振光在光楔中传播速度不同，因而板上不同部位的光线将产生不同程度的相位延迟，如果L1和L2分别表示第一和第二光楔在某一点处光楔的厚度，由第一光楔产生的相位差为2πL1(nS-nP)/λ，由第二光楔产生的相位差为-2πL2(nS-nP)/λ，总的相位差为2π(L1-L2)(nS-nP)/λ，其中，nS和nP分别为光楔对S偏振光和P偏振光的折射率，λ为入射光波长。所以某点的相位差和两光楔在该点的厚度差成正比，光从不同点处出射，产生的相位延迟不同，出射光的偏振状态也不同，随着光楔延迟板厚度的变化，S偏振光和P偏振光的相位差不断变化，出射光将在线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光之间周期性的变化，如果两光楔厚度变化使相位延迟量分布在[0，2kπ](k＝1，2，3…)范围内，则出射光包含所有的偏振状态，出射光总积分后达到退偏合成的效果。并且由于本光楔延迟板采用双光楔胶合而成，第二光楔克服了第一光楔引起的大程度光线偏折和色散，因此该光楔延迟板还能够有效减小色差；
步骤3：消除偏振后的光由抛物面反射镜准直后照射到衍射光栅上；衍射光栅是由大量等间距等宽度的狭缝组成，该光栅使用专门定制的45mm×60mm大尺寸全息闪耀光栅，其刻划密度为1000l/mm，由于闪耀光栅可以使单个刻槽面(相当于单缝)衍射的零级主极大和诸槽面间(缝间)干涉零级主极大分开，将光能量从干涉零级主极大转移并集中到某一级光谱波长上去，因而在闪耀波长及其附近的光能量较强，根据能量分布，可以确定适用的波长范围λ1～λ2。反之，己知波长范围，亦可确定闪耀波长。闪耀光栅的闪耀波长可以近似表示为：λB＝λ1+(λ2-λ1)/4，根据要求波长范围是600nm～1700nm，确定该光栅的闪耀波长约为875nm，根据实际设计，采用的闪耀光栅的闪耀波长为900nm。光束照射到光栅的狭缝上时，入射光发生衍射，不同波长的光以不同的衍射角散射回来；该光栅工作在Littrow条件下，通过该光栅的入射光的入射方向和衍射光的出射方向刚好相反，即入射角等于衍射角，其光栅方程满足λ＝(2d/m)sinθ，其中λ为出射光波长，d为光栅常数，m为衍射级次，θ为入射角和衍射角。通过转动光栅，从而改变入射角θ，就可以解析出期望的波长λ所对应的光栅角位置，从而调谐入射光波长。
步骤4:散射回来且满足Littrow条件波长的衍射光会通过同一抛物面反射镜返回并进入反射和聚焦系统，通过被反射和聚焦系统中的平面反射镜反射和透镜聚焦，最终成像在可变孔径轮的某一狭缝上，分光系统的波长分辨带宽与该狭缝有关，在狭缝缝宽大于入射光纤芯径的条件下，其波长分辨带宽RB＝dScosβ/mf，其中d为光栅常数，S为狭缝缝宽，f为系统焦距，m为衍射级次，β为衍射角，在光栅和光学系统确定的情况下，波长分辨带宽只和狭缝缝宽成正比，所以通过转动孔径轮选择不同宽度的狭缝，可以选择不同的波长分辨带宽；
步骤5：当光从狭缝出来，光路第一通结束，光束经过光路一通形成准单色光后进入光路第二通。由于光路第一通除了输出选定波长上指定通带的辐射外，还输出了少量该通带之外的波长辐射，这种指定波长通带以外的少量辐射与指定波长上一定通带的辐射之比称为杂散光。光路第二通主要目的是为了把杂散光抑制到非常低的水平。离开狭缝的光被平面反射镜反射到同一抛物面反射镜上，经过抛物面反射镜准直后照射到同一块衍射光栅上，光束在光路第二通内进一步色散，将光路第一通形成的准单色光进一步调谐滤波，消除准单色光附加的散光，相对于单光栅的分光装置，该光路双通装置出射光单色性更好，其杂散光水平小于10-7。
步骤6：二次衍射光通过抛物面反射镜和平面反射镜反射并被聚焦成像在数据探测系统的出射狭缝处，该狭缝的宽度是固定的，在1mm左右，狭缝入口用以接收出射光，狭缝出口处放置较小光敏面的Si-InGaAs双色近红外探测器，该探测器将整个波段从1000nm附近分为两段，短波段用Si-PIN探测器，长波段用InGaAs-PIN探测器，使用该双色探测器，即能够保证整个测量光谱范围内都有比较高的光谱响应率，又可以利用Si晶体材料在短波段吸收、长波段高透的特点，消除不同光谱级次谱线重叠的影响。双色探测器将光信号转换为电信号，电信号再经过差分放大后传输给模数转换器，模数转换器将模拟信号转换成数字信号后输出。
上述中如图2-图3所示,图3中入射光表示光路一通中通过抛物面反射镜22准直返回的平行准单色光，该光束进入反射和准直系统21，通过平面反射镜210反射改变传播方向，再通过透镜211进行聚焦，最终成像在可变孔径轮212的某一狭缝上，可变孔径轮212上面刻蚀有不同孔径宽度大小的狭缝，分光装置的波长分辨带宽与该狭缝有关，在狭缝缝宽大于入射光纤芯径的条件下，其波长分辨带宽RB＝dScosβ/mf，其中d为光栅常数，S为狭缝缝宽，f为系统焦距，m为衍射级次，β为衍射角，在光栅和光学系统确定的情况下，波长分辨带宽只和狭缝缝宽成正比，所以通过转动孔径轮212选择不同宽度的狭缝，可以选择不同的波长分辨带宽，从可变孔径轮212上面的狭缝出射的光束再经过平面反射镜213改变传播方向从该反射和聚焦系统21出射，出射光照射到同一块抛物面反射镜22上，由该抛物面反射镜22进行准直并再次照射到同一块衍射光栅23上，继续完成光路第二通。
上述的装置及方法采用工作于准Littrow条件下的光栅转动双通分光技术。来自待测器件的光通过光纤输入连接器进入分光装置，经过光楔延迟板消除偏振，并由抛物面反射镜准直后照射到衍射光栅上。该光栅工作在非常接近于Littrow条件，并可转到期望的波长位置上。入射光束在衍射光栅上产生色散，满足Littrow条件波长的衍射光通过同一抛物面反射镜返回并经反射和准直系统再次反射到抛物面反射镜上，经抛物面反射镜准直，照射到同一块衍射光栅上，最后二次衍射光通过抛物面反射镜聚焦并反射输出，输出光输入到双色近红外光电探测器进行光电变换，然后经过信号放大、数模转换等过程后输出。本装置的反射和准直系统中还包括一个含狭缝的可转动孔径轮，用户可转动孔径轮，选择不同的狭缝宽度，从而选择不同的光谱通过带宽。
入射光波长调谐由衍射光栅角位置控制。光束在光路第一通时产生色散，不同波长的光以不同的衍射角反射回来，但是只有满足Littrow条件的衍射光才能进入光路第二通，光束在第二通内进一步色散，将将光路第一通形成的准单色光进一步调谐滤波，消除准单色光附加的散光，相对于单光栅的分光装置，该光路双通装置出射光单色性更好，其杂散光水平小于10-7。
在系统中，采用一种新的偏振抑制技术——光楔延迟技术来取得较好的偏振抑制效果，即在系统的光路的中插入光学楔形延迟板。当光通过光学楔形延迟板时，由于光楔的双折射特性，偏振角垂直于光栅的S偏振光和平行于光栅的P偏振光传播速度不同，因而板上不同部位的光线将产生不同程度的相位延迟。随着光楔延迟板厚度的变化，S偏振光和P偏振光的相位差也不断变化，出射光将在线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光之间不断变化，只要光楔的顶端到底端厚度变化足够大，则出射光将包含所有的偏振状态。采用该技术能够使入射光的衍射效率和偏振态无关，消除偏振敏感度，改善电平准确度，取得理想的偏振抑制效果。
相对于传统的方法，入射光仅通过一个光楔延迟板而不需要经过偏振分光棱镜和一系列反射及准直镜就可以达到抑制偏振的效果，损失的光通量大大减小。
光楔延迟偏振抑制技术的另一个作用是有效地改善了电平灵敏度。这种改善是由于光信号的偏振决不会出现在光栅的最大损耗分量上，而是平均分布在两个最大和最小损耗分量上。这种优点有效提高了系统信噪比，加上光电探测器的低噪声等效功率和低暗电流噪声使该系统在获得大动态范围的同时，有效的提高了电平灵敏度，经过实验证明，相对于传统的方法，电平灵敏度要提高15dB左右。
本发明采用工作于准Littrow条件下的光栅转动双通分光技术和光楔延迟偏振抑制技术，能够在损失较少光通量的前提下消除偏振敏感度，有效的改善电平灵敏度，而且能够极大简化分光系统和后端数据探测系统，减小光谱仪体积，降低生产成本。
本发明提出的光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置及方法，主要优点是：(1)因使用光学元器件较少，减少了光通量损失，消除了偏振敏感度；(2)简化分光系统和后端数据探测系统；(3)改善电平灵敏度，提高了系统信噪比。(4)成本更低、技术更稳定，分光系统调试更加灵活简单，通用性强，可以推广应用于近红外光谱分析仪中，提高仪器的稳定性和性能指标，为光纤通信技术相关产业的发展提供强有力的测试保障。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：来自待测器件的光通过光纤输入连接器进入光路第一通，首先到达光楔延迟板；
步骤2：当入射光的偏振面与光楔延迟板第一光楔光轴成π/4并垂直入射到其表面时，板上不同部位的光线会产生不同程度的相位延迟；设L1和L2分别表示第一和第二光楔在某一点处光楔的厚度，由第一光楔产生的相位差为2πL1(nS-nP)/λ，由第二光楔产生的相位差为-2πL2(nS-nP)/λ，总的相位差为2π(L1-L2)(nS-nP)/λ，其中，nS和nP分别为光楔对S偏振光和P偏振光的折射率，λ为入射光波长；随着光楔延迟板厚度的变化，出射光将包含所有的偏振状态，总积分后能够达到退偏合成的效果；
步骤3：消除偏振后的光由抛物面反射镜准直后照射到衍射光栅上，该光栅工作在Littrow条件下，通过转动光栅，改变入射角θ，解析出期望的波长λ所对应的光栅角位置，从而调谐入射光波长；入射光在光栅上发生衍射，不同波长的衍射光以不同的衍射角散射回来；
步骤4：散射回来且满足Littrow条件波长的衍射光通过同一抛物面反射镜返回并进入反射和聚焦系统，通过被反射和聚焦系统中的平面反射镜反射和透镜聚焦，最终成像在可变孔径轮的某一狭缝上，转动可变孔径轮，来选择不同宽度的狭缝，以选择光栅转动分光装置不同的波长分辨带宽；
步骤5：当光束从狭缝出来，光束经过光路一通形成准单色光后光路第一通结束，进入光路第二通，进入光路第二通的光束被平面反射镜反射到同一块抛物面反射镜上，经过抛物面反射镜准直后再次照射到同一块衍射光栅上，离开狭缝的光被平面反射镜反射到同一抛物面反射镜上，经过抛物面反射镜准直后照射到同一块衍射光栅上，光束在光路第二通内进一步色散，将光路第一通形成的准单色光进一步调谐滤波，消除准单色光附加的散光,形成二次衍射光；
步骤6：二次衍射光通过抛物面反射镜和平面反射镜反射并被聚焦成像在数据探测系统的出射狭缝处，狭缝入口用以接收出射光，狭缝出口处放置较小光敏面的双色近红外探测器，双色近红外探测器将光信号转换为电信号，电信号再经过差分放大后传输给模数转换器，模数转换器将模拟信号转换成数字信号后输出，作为最终的光谱信号。
2.如权利要求1所述的光楔延迟消偏振的光栅转动分光方法，其特征在于，所述步骤5中,光束经过光路二通形成二次衍射光的具体步骤为：离开狭缝的光被平面反射镜反射到同一抛物面反射镜上，经过抛物面反射镜准直后照射到同一块转动衍射光栅上进一步色散，形成二次衍射光。
3.如权利要求1所述的光楔延迟消偏振的光栅转动分光方法，其特征在于，所述步骤6中,所述数据探测系统的出射狭缝处的宽度为1-1.5mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410539173.0A CN104267505B (zh) | 2014-10-13 | 2014-10-13 | 一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410539173.0A CN104267505B (zh) | 2014-10-13 | 2014-10-13 | 一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104267505A CN104267505A (zh) | 2015-01-07 |
| CN104267505B true CN104267505B (zh) | 2017-03-15 |
Family
ID=52159039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410539173.0A Expired - Fee Related CN104267505B (zh) | 2014-10-13 | 2014-10-13 | 一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104267505B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104698545B (zh) * | 2015-04-08 | 2018-10-09 | 武汉邮电科学研究院 | 一种具有光谱分析功能的光滤波器及其实现方法 |
| CN106940291B (zh) * | 2017-03-28 | 2020-02-07 | 天津大学 | 高分辨率的双光栅单色仪光路装置 |
| CN110919175A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-03-27 | 苏州迅镭激光科技有限公司 | 一种基于楔角镜手持式激光焊接头光学系统 |
| CN110987024B (zh) * | 2019-12-30 | 2023-04-11 | 西安北方光电科技防务有限公司 | 一种利用红外光平面镜成像测量漂移的装置及使用方法 |
| TWI737140B (zh) * | 2020-01-22 | 2021-08-21 | 緯創資通股份有限公司 | 檢測裝置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5979819A (ja) * | 1982-10-29 | 1984-05-09 | Shimadzu Corp | 分光器におけるスリツト機構 |
| CN1019419B (zh) * | 1987-02-20 | 1992-12-09 | 株式会社岛津制作所 | 制作全息光栅的方法和设备 |
| JP2005257909A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Olympus Corp | レーザ走査顕微鏡および設定方法 |
| CN101009519B (zh) * | 2007-01-25 | 2010-09-01 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种双通结构的衍射光栅光信号监测仪 |
| CN102565003A (zh) * | 2011-12-22 | 2012-07-11 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 使用针孔狭缝的被动多轴差分吸收光谱仪系统 |
-
2014
- 2014-10-13 CN CN201410539173.0A patent/CN104267505B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104267505A (zh) | 2015-01-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104267505B (zh) | 一种光楔延迟消偏振的光栅转动分光装置及方法 | |
| CN106772438B (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 | |
| WO2017177710A1 (zh) | 一种同时测量大气中水的raman光谱和气溶胶的荧光谱的激光雷达系统 | |
| US7898656B2 (en) | Apparatus and method for cross axis parallel spectroscopy | |
| CN102353447B (zh) | 一种用于光谱成像仪的光谱定标装置 | |
| US20220170791A1 (en) | Light source apparatus for light measurement | |
| CN106814371B (zh) | 一种测量大气温度和水汽以及气溶胶的激光雷达系统 | |
| CN103424190B (zh) | 双楔板色散剪切干涉超光谱成像装置及方法 | |
| 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 | |
| Li et al. | A liquid crystal tunable filter-based hyperspectral LiDAR system and its application on vegetation red edge detection | |
| CN104808193A (zh) | 基于非偏振分光棱镜的f-p标准具瑞利散射多普勒鉴频装置 | |
| CN103308926A (zh) | 一种高光谱分辨率激光雷达装置 | |
| JP4640577B2 (ja) | 光スペクトラムアナライザ | |
| CN104729708A (zh) | 一种消像散宽光谱探测光栅光谱仪 | |
| DK2929307T3 (en) | SPECTROMETER FOR ANALYZING A SPECTRUM SPECTRUM | |
| CN111208072A (zh) | 一种痕量气体浓度检测的光谱系统 | |
| CN110501074B (zh) | 高通量宽谱段高分辨率的相干色散光谱成像方法及装置 | |
| CN203053569U (zh) | 一种光谱仪 | |
| CN210603594U (zh) | 一种光谱仪 | |
| CN107525589B (zh) | 一种波长定标系统及方法 | |
| CN106918393B (zh) | 一种双通道空间外差光谱仪 | |
| TWI240794B (en) | Wavelength meter | |
| CN211877754U (zh) | 一种气体浓度检测的高光谱系统 | |
| CN107356331A (zh) | 可调多峰且实现光谱分辨率直接测量的光源 | |
| CN108387313B (zh) | 基于自发参量下转换的宽谱段自校准绝对光谱辐射计 |
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 | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190228 Address after: 266000 No. 98 Xiangjiang Road, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province Patentee after: China Electronics Technology Instrument and Meter Co., Ltd. Address before: 266555 No. 98 Xiangjiang Road, Qingdao economic and Technological Development Zone, Shandong Patentee before: The 41st Institute of CETC |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170315 Termination date: 20201013 |