CN107588363A - 一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统及方法，包括光输入模块、单色偏振光产生模块、控制模块和显示模块，所述光输入模块包括宽光谱灯、滤光器和狭缝，所述偏振单色光产生模块包括光栅光路系统、光调制器、起偏器和光纤耦合器，控制模块包括第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、步进电机驱动电路和主控制器，通过宽光谱灯发出光源，光源经过滤光器滤除光波噪声后入射至狭缝，通过狭缝调整光源的光谱宽度后入射至光栅光路系统。本发明采用起偏器与光纤耦合器组合，实现单色偏振光偏振方向可调且可与光纤直接耦合，使偏振对轴方便快捷，光栅光路系统更加稳定可靠。
Description
技术领域
本发明属于光电测量领域，具体涉及一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统及方法。
背景技术
截止波长是单模光纤重要性能指标之一，其表征了单模光纤中仅有基模传输的最短波长，保偏光纤作为一种特殊的单模光纤，由于存在相互垂直的偏振轴，两个偏振轴的截止波长有所不同，需要分别进行测量，测量方法上有别于普通单模光纤，即以宽带卤灯为光源，发出的光经单色仪后通过起偏器，然后经对轴装置耦合进入保偏光纤，用光电探测器分别测量在一定光谱范围内两次不同弯曲半径下光功率值，通过计算即可得到保偏光纤某轴的截止波长。
现行的保偏光纤截止波长测量用波长连续偏振光源是用分立光学元件搭建而成，光路系统稳定性差、光对轴耦合过程复杂，光路调整费时费力，单色仪波长值不能实时显示且需要经常校准，测量结果误差较大。
综上所述，现有技术中对于保偏光纤截止波长和光谱损耗测量存在无连续可变波长偏振光源的问题，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统及方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统，包括光输入模块、单色偏振光产生模块、控制模块和显示模块，所述光输入模块，用于输入光源；所述偏振单色光产生模块，用于产生偏振单色光；所述控制模块，用于控制光输入模块和偏振单色光产生模块；所述显示模块与控制模块连接，用于显示单色光的光谱数据。
进一步的，所述光输入模块包括宽光谱灯、滤光器和狭缝，所述宽光谱源灯，用于提供光源；所述宽光谱灯发出的光源经过滤光器滤除光波噪声和狭缝调整光谱宽度后由偏振单色光产生模块接收。
进一步的，所述宽光谱灯的底部设置有三维调节底座。
进一步的，所述偏振单色光产生模块包括光栅光路系统、光调制器、起偏器和光纤耦合器，所述光栅光路系统，用于产生一定波长和分辨率的单色光，所述光栅光路系统产生的单色光经过光调制器调制后，传输至起偏器，所述起偏器将单色光转换为偏振单色光，偏振单色光经过光纤耦合器耦合后输出。
进一步的，所述光栅光路系统包括腔体、第一反射镜、光栅、第二反射镜和出射狭缝，所述反射镜、光栅和出射狭缝设置在所述腔体内，光源经过反光镜准直成平行光入射到光栅上，平行光经过光栅分光后转换成不同波长的单色光入射到第二反射镜上，第二反射镜将各波长的单色光汇聚到出射狭缝。
进一步的，所述控制模块包括第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、步进电机驱动电路和主控制器，所述第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机和第四步进电机的输入端分别与步进电机驱动电路连接，所述主控制器通过步进电机驱动电路驱动第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机和第四步进电机；所述第一步进电机的输出端与滤光器连接，用于调整滤光器；所述第二步进电机的输出端与狭缝连接，用于调整狭缝的位置；所述第三步进电机的输出端与光栅光路系统连接，用于调整光栅光路系统的位置；所述第四步进电机的输出端与光调制器连接，用于控制光调制器。
进一步的，所述控制模块还包括与主控制器连接的接口电路，所述接口电路，用于与计算机连接。
进一步的，所述显示装置采用LED显示屏；所述接口电路采用GPIB接口。
一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统的工作方法，包括以下步骤：
(1)根据预设的波长范围、分辨率值，通过宽光谱灯发出光源，光源经过滤光器滤除光波噪声后入射至狭缝，通过狭缝调整光源的光谱宽度后入射至光栅光路系统；
(2)光源经过反光镜准直成平行光入射到光栅上，平行光经过光栅分光后转换成不同波长的单色光照射在第二反射镜上，第二反射镜将各波长的单色光汇聚到出射狭缝，然后通过光调制器；
(3)单色光经过光调制器调制后入射到起偏器上，单色光经过起偏器转换为偏振单色光入射到光纤耦合器上，偏振单色光经过光纤耦合器耦合后输出。
进一步的，通过主控制器向步进电机驱动电路发送控制指令，驱动第一步进电机调整滤光器，进而对输出光的光谱范围进行限定，通过控制第三步进电机和第二步进电机调整光栅光路系统和狭缝的位置，获得所需要单色光的波长和分辨率，通过显示模块实时显示单色光的波长和分辨率，主控制器通过第四步进电机控制光调制器调制单色光。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本申请采用宽光谱灯发出的光源，光源经过滤光器和经狭缝滤除光波噪声并调整光谱宽度后由光栅光路系统进行色散和聚焦，通过三维调节底座对宽光谱灯的灯座位置进行三维调节，方便光路调整；
(2)本申请采用主控制器给步进电机驱动电路发送控制指令驱动第一步进电机调整滤光器对输出光的光谱范围进行限定，通过控制第三步进电机和第二步进电机调整光栅和狭缝的位置来获得所需要单色光的波长和分辨率，波长和分辨率由显示模块实时显示；
(3)本申请采用宽波段的起偏器与光纤耦合器组合，实现空间单色偏振光偏振方向可调且可与光纤直接耦合，使偏振对轴方便快捷，光栅光路系统更加稳定可靠；在光路中加入了光调制器，对单色光进行调制，并实现同步电信号输出，可以作为相关检测参考信号，改善系统信噪比，提高测量精度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明实施例公开的控可变波长的偏振单色光源产生系统结构示意图；
其中，1、宽光谱灯，2、滤光器，3、狭缝，4、光栅光路系统，5、光调制器，6、起偏器，7、光纤耦合器，8、第一步进电机，9、第二步进电机，10、第三步进电机，11、第四步进电机，12、步进电机驱动电路，13、主控制器，14、接口电路，15、显示模块。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在光路系统稳定性差、光对轴耦合过程复杂，光路调整费时费力，单色仪波长值不能实时显示且需要经常校准，测量结果误差较大不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统及方法，使得光对轴耦合方便，光谱范围宽，波长连续可调，并实时显示单色偏振光源的波长值。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统，该系统包括光输入模块、偏振单色光产生模块、控制模块和显示模块15，所述光输入模块，用于输入光源，并调整光源的光谱宽度；所述偏振单色光产生模块，用于产生偏振单色光；所述控制模块，用于控制光输入模块和偏振单色光产生模块；所述显示模块与控制模块连接15，用于显示单色光的光谱数据，所述光谱数据包括波长和分辨率。
所述光输入模块包括宽光谱灯1、滤光器2和狭缝3，所述宽光谱源灯1，用于提供光源；所述滤光器2，用于滤除光源的光波噪声；所述狭缝3，用于调整光源的光谱宽度；所述宽光谱灯1发出的光源经过滤光器2滤除光波噪声和狭缝3调整光谱宽度后由偏振单色光产生模块接收。
所述偏振单色光产生模块包括依次连接的光栅光路系统4、光调制器5、起偏器6和光纤耦合器7，所述光栅光路系统4，用于产生一定波长和分辨率的单色光；所述光调制器5，用于对单色光进行光束调制；所述起偏器6，用于将单色光转换为偏振单色光；所述光纤耦合器7，用于耦合偏振单色光；所述光栅光路系统4对接收到的光进行色散和聚焦形成单色光，单色光经过光调制器5后入射至起偏器6，起偏器6将单色光转换为偏振单色光，偏振单色光经过耦合器7耦合后输出，实现空间光与光纤直接耦合，使对轴耦合更加方便。
所述控制模块包括第一步进电机8、第二步进电机9、第三步进电机10、第四步进电机11、步进电机驱动电路12和主控制器13，所述第一步进电机8、第二步进电机9、第三步进电机10和第四步进电机11的输入端分别与步进电机驱动电路12连接，所述主控制器13通过步进电机驱动电路12驱动第一步进电机8、第二步进电机9、第三步进电机10和第四步进电机11；所述第一步进电机8的输出端与滤光器2连接，用于调整滤光器；所述第二步进电机9的输出端与狭缝3连接，用于调整狭缝的位置；所述第三步进电机10的输出端与光栅光路系统4连接，用于调整光栅光路系统的位置；所述第四步进电机11的输出端与光调制器5连接，用于控制光调制器。
主控制器13向步进电机驱动电路12发送控制指令，通过步进电机驱动电路12驱动第一步进电机8，通过第一步进电机8调整滤光器2对光源的光谱范围进行限定，主控制器13通过步进电机驱动电路控制第三步进电机10和第二步进电机9调整光栅光路系统4和狭缝3的位置，来获得所需要单色光的波长和分辨率；本发明在光路中加入了光调制器5，主控制器通过第四步进电机11控制光调制器5，对单色光进行调制。
本实施例提出的程控可变波长的偏振单色光源产生系统，根据预设的波长范围、分辨率值，由宽光谱灯1发出的光源，光源经过滤光器1和狭缝3滤除光波噪声并调整光谱宽度后由光栅光路系统4进行色散和聚焦，通过处理器13给步进电机驱动电路12发送控制指令驱动第一步进电机8调整滤光器2对输出光的光谱范围进行限定，通过控制第三步进电机10和第二步进电机9调整光栅4和狭缝3的位置，来获得所需要单色光的波长和分辨率，单色光的波长和分辨率由显示模块15实时显示，单色光经起偏器6转换为偏振单色光由光纤耦合器7耦合后输出，实现空间光与光纤直接耦合，使对轴耦合更加方便。
本申请的又一实施例中，上述的所述光栅光路系统包括腔体、第一反射镜、光栅、第二反射镜和出射狭缝，所述反射镜、光栅和出射狭缝设置在所述腔体内，光源经过反光镜准直成平行光入射到光栅上，平行光经过光栅分风光后转换成不同波长的单色光照射在第二反射镜上，第二反射镜将各波长的单色光汇聚到出射狭缝，经光调制器、起偏器和耦合器后输出偏振光，单色光的波长和分辨率由显示模块实时显示。
上述的宽光谱灯1的底部设置有三维调节底座，通过三维调节底座对宽光谱灯1的灯座位置可以进行三维调节，方便光路调整。
上述的控制模块还包括与主控制器连接的接口电路，该接口电路14为标准的GPIB接口，用于计算机连接，实现自动控制；
上述的显示装置采用LED显示屏，用于实时显示单色光的波长和分辨率。
本实施例提出的程控可变波长的偏振单色光源产生系统，采用由腔体、第一反射镜、光栅、第二反射镜和出射狭缝组成的光栅光路系统，使平行光经过光栅分光后转换成不同波长的单色光照射在第二反射镜上，第二反射镜将各波长的单色光汇聚到出射狭缝，经光调制器、起偏器和耦合器后输出偏振光，单色光的波长和分辨率由显示模块实时显示。采用宽波段的起偏器与光纤耦合器组合，实现空间单色偏振光偏振方向可调且可与光纤直接耦合，使偏振对轴方便快捷，光栅光路系统更加稳定可靠；在光路中加入了光调制器，对单色光进行调制，可并实现同步电信号输出，可以作为相关检测参考信号，改善系统信噪比，提高测量精度。
本申请的另一种典型实施方式，提出了一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统的工作方法，包括以下步骤：
(1)根据预设的波长范围、分辨率值，通过宽光谱灯发出光源，光源经过滤光器滤除光波噪声后入射至狭缝，通过狭缝调整光源的光谱宽度后入射至光栅光路系统；
(2)光源经过反光镜准直成平行光入射到光栅上，平行光经过光栅分风光后转换成不同波长的单色光照射在第二反射镜上，第二反射镜将各波长的单色光汇聚到出射狭缝，输出单色光。
(3)单色光经过光调制器调制后入射到起偏器上，单色光经过起偏器转换为偏振单色光入射到光纤耦合器上，偏振单色光经过光纤耦合器耦合后输出。
进一步的，在光输入过程和偏振单色光产生过程，通过主控制器向步进电机驱动电路发送控制指令，驱动第一步进电机调整滤光器，进而对输出光的光谱范围进行限定，通过控制第三步进电机和第二步进电机调整光栅光路系统和狭缝的位置，获得所需要单色光的波长和分辨率，通过显示模块实时显示单色光的波长和分辨率，主控制器通过第四步进电机控制光调制器调制单色光。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
(1)本申请采用宽光谱灯发出的光源，光源经过滤光器和经狭缝滤除光波噪声并调整光谱宽度后由光栅光路系统进行色散和聚焦，通过三维调节底座对宽光谱灯的灯座位置进行三维调节，方便光路调整；
(2)本申请采用主控制器给步进电机驱动电路发送控制指令驱动第一步进电机调整滤光器对输出光的光谱范围进行限定，通过控制第三步进电机和第二步进电机调整光栅和狭缝的位置来获得所需要单色光的波长和分辨率，波长和分辨率由显示模块实时显示；
(3)本申请采用宽波段的起偏器与光纤耦合器组合，实现空间单色偏振光偏振方向可调且可与光纤直接耦合，使偏振对轴方便快捷，光栅光路系统更加稳定可靠；在光路中加入了光调制器，对单色光进行调制，并实现同步电信号输出，可以作为相关检测参考信号，改善系统信噪比，提高测量精度。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统，其特征是，包括光输入模块、单色偏振光产生模块、控制模块和显示模块，所述光输入模块，用于输入光源；所述偏振单色光产生模块，用于产生偏振单色光；所述控制模块，用于控制光输入模块和偏振单色光产生模块；所述显示模块与控制模块连接，用于显示单色光的光谱数据。
2.根据权利要求1所述的一种程控可变波长的单色偏振光源产生系统，其特征是，所述光输入模块包括宽光谱灯、滤光器和狭缝，所述宽光谱源灯，用于提供光源；所述宽光谱灯发出的光源经过滤光器滤除光波噪声和狭缝调整光谱宽度后由偏振单色光产生模块接收。
3.根据权利要求2所述的一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统，其特征是，所述宽光谱灯的底部设置有三维调节底座。
4.根据权利要求1所述的一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统，其特征是，所述偏振单色光产生模块包括光栅光路系统、光调制器、起偏器和光纤耦合器，所述光栅光路系统，用于产生一定波长和分辨率的单色光，所述光栅光路系统产生的单色光经过光调制器调制后，传输至起偏器，所述起偏器将单色光转换为偏振单色光，偏振单色光经过光纤耦合器耦合后输出。
5.根据权利要求4所述的一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统，其特征是，所述光栅光路系统包括腔体、第一反射镜、光栅、第二反射镜和出射狭缝，所述反射镜、光栅和出射狭缝设置在所述腔体内，光源经过反光镜准直成平行光入射到光栅上，平行光经过光栅风光后转换成不同波长的单色光照射在第二反射镜上，第二反射镜将各波长的单色光的光谱数据汇聚到出射狭缝。
6.根据权利要求1所述的一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统，其特征是，所述控制模块包括第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、步进电机驱动电路和主控制器，所述第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机和第四步进电机的输入端分别与步进电机驱动电路连接，所述主控制器通过步进电机驱动电路驱动第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机和第四步进电机；所述第一步进电机的输出端与滤光器连接，用于调整滤光器；所述第二步进电机的输出端与狭缝连接，用于调整狭缝的位置；所述第三步进电机的输出端与光栅光路系统连接，用于调整光栅光路系统的位置；所述第四步进电机的输出端与光调制器连接，用于控制光调制器。
7.根据权利要求6所述的一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统，其特征是，所述控制模块还包括与主控制器连接的接口电路，所述接口电路，用于与计算机连接。
8.根据权利要求1所述的一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统，其特征是，所述显示装置采用LED显示屏。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的程控可变波长的偏振单色光源产生系统的工作方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)根据预设的波长范围、分辨率值，通过宽光谱灯发出光源，光源经过滤光器滤除光波噪声后入射至狭缝，通过狭缝调整光源的光谱宽度后入射至光栅光路系统；
(2)光源经过反光镜准直成平行光入射到光栅上，平行光经过光栅分光后转换成不同波长的单色光照射在第二反射镜上，第二反射镜将各波长的单色光汇聚到出射狭缝，输出单色光；
(3)单色光经过光调制器调制后入射到起偏器上，单色光经过起偏器转换为偏振单色光入射到光纤耦合器上，偏振单色光经过光纤耦合器耦合后输出。
10.根据权利要求1所述的一种程控可变波长的偏振单色光源产生系统的工作方法，其特征是，通过主控制器向步进电机驱动电路发送控制指令，驱动第一步进电机调整滤光器，进而对输出光的光谱范围进行限定，通过控制第三步进电机和第二步进电机调整光栅光路系统和狭缝的位置，获得所需要单色光的波长和分辨率，通过显示模块实时显示单色光的波长和分辨率，主控制器通过第四步进电机控制光调制器调制单色光。
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