CN108225560A - 一种带宽可调声光滤波系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学滤波领域，具体说是一种带宽可调声光滤波系统。所述的带宽可调声光滤波系统由LED宽带光源、光准直系统、声光滤波系统、光谱检测系统、计算机控制与分析系统组成并依次连接，同时计算机控制与分析系统还与声光滤波系统连接。本发明提出了一种带宽可调声光滤波新方法，该方法解决了传统声光滤波系统无法调节滤波光束带宽的缺点，通过控制多通道射频源输出射频信号个数以及频率，改变滤波信号光谱的叠加方式，可以实现声光滤波器输出滤波信号带宽的连续调节，该光学滤波方法稳定性好，操控简单，适合多种应用场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学滤波领域，具体说是一种带宽可调声光滤波系统。
背景技术
在光学领域，利用光学滤波技术，可以对目标物体进行光谱成像。光谱成像可以同时获取对象的图像以及光谱信息，对于目标的识别以及成分分析有十分重要的应用价值。目前光学滤波手段和方法有很多，包括：三棱镜光学滤波、光栅光学滤波、带通滤波片光学滤波、液晶可调滤波器光学滤波及基于声光滤波器的可调光学滤波等。其中，三棱镜光学滤波采用色散原理，宽带光经过三棱镜后，滤波信号光谱连续分布，不易提取特定波长以及带宽的光谱成分；光栅光学滤波可以精确选取滤波信号的中心波长，但是光栅造价高，对工作环境要求苛刻，滤波过程复杂耗时长，不方便维护，应用成本高；带通滤波片光学滤波应用便捷，但是选定的带通滤波片其滤波信号的带宽以及中心波长固定，无法调节，灵活性差；液晶可调滤波器光学滤波可以实现大范围的波长调谐，电信号控制，操作灵活，但是，其滤波信号带宽往往在10nm以上，并且带宽无法连续调节；基于声光滤波器的可调光学滤波，可以实现滤波信号带宽为nm量级的可调滤波，滤波信号波长调谐过程为电信号控制，操作方便，但目前基于声光滤波器的可调光学滤波中，滤波信号的带宽无法调节，在应用上受到一定的限制。
相关领域，论文《一般相位匹配条件下声光可调谐滤波器系统的理论分析》和发明专利（一种与入射光的偏振态无关的可调谐光滤波器）提出了基于二氧化碲晶体的可调光学滤波技术。该方法为全电控制，通过改变加载到声光滤波器上射频信号的频率来控制滤波信号的中心波长，操作简单。但是根据声光作用原理，对于确定的声光滤波器，在选定的滤波信号中心波长下，滤波信号的带宽确定。如果开发出一种滤波信号带宽可调的声光滤波系统，势必会推动声光滤波技术在光学滤波领域的进一步应用。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足，在声光滤波过程中,通过调节加载到声光滤波器上的射频信号个数、频率值以及频率间隔，控制滤波信号光谱的叠加方式，达到控制滤波信号的中心波长以及带宽的目的，进一步提升了声光滤波器的性能，拓展了声光滤波器的应用领域。
为达到上述目的，本发明的声光技术方案是：带宽可调声光滤波系统由LED宽带光源、光准直系统、声光滤波系统、光谱检测系统、计算机控制与分析系统组成并依次连接，同时计算机控制与分析系统还与声光滤波系统连接。LED宽带光源提供宽带光，光准直系统接收来自LED宽带光源的宽带光后，经缩束及准直形成平行光束，平行光束进入声光滤波系统进行声光滤波，经声光滤波系统出射的滤波光束由光谱检测系统接收，光谱检测系统在计算机控制与分析系统的控制下对滤波光束的光谱进行探测、分析和存储，声光滤波系统在计算机控制与分析系统的控制下实现滤波信号带宽以及中心波长的调节，形成完整的光路-光信号连接。
所述的LED宽带光源为普通白光LED。
所述的光准直系统由消色散的双胶合凸透镜和消色散的双胶合凹透镜组成。来自LED宽带光源的光束经光准直系统汇聚并准直后形成平行光束，进入声光滤波系统进行声光滤波。
所述的声光滤波系统位于光准直系统的后方，由声光滤波器和多通道射频源组成。声光滤波器接收光准直系统输出的平行光束并对其进行声光滤波，多通道射频源与声光滤波器之间通过射频线连接。
所述的光谱检测系统为光纤光栅光谱仪，包含光纤探头、分光光栅以及高灵敏度光电二极管阵列，在可见光范围内的光谱分辨率为0.2nm，光纤探头接收来自声光滤波系统的滤波光束并送入分光光栅进行分光，滤波光束经分光后到达光电二极管阵列，光电二极管阵列将测量滤波光束中不同波长信号光的强度，并将数据送入计算机控制与分析系统。
所述的计算机控制与分析系统由PC机构成，并通过USB连接线分别与声光滤波系统中的多通道射频源以及光谱检测系统连接。PC机内置多通道射频源控制用软件、光谱检测系统控制用软件，以及数据分析软件。PC机利用多通道射频源控制软件和光谱检测系统控制软件，分别对多通道射频源和光谱探测系统进行参数调整与控制； PC机接收来自光谱检测系统的光谱数据，并通过数据分析软件完成光谱数据的分析以及存储，完成声光滤波过程。
具体的带宽可调声光滤波方法上，基于上述的硬件设备以及控制软件，通过以下方式实现：由光准直系统接收来自LED宽带光源的光束，并对其进行缩束和准直；来自光准直系统的出射光束进入声光滤波系统，声光滤波器对其进行声光滤波；经滤波器输出的滤波光束由光谱检测系统接收并测量其光谱信息；计算机控制与分析系统接收来自光谱检测系统的光谱信息对其进行分析和存储；计算机控制与分析系统利用多通道射频源控制用软件，选定多通道射频源输出的射频信号个数，基于声光作用原理，多通道射频源输出的每个射频信号加载到声光滤波器上后，声光滤波器会产生与射频信号对应的，具有确定中心波长以及带宽的滤波信号，调整多通道射频源输出的射频信号频率，保证经声光滤波器输出的，多个具有确定中心波长以及带宽的滤波信号的光谱首尾相连，形成新的滤波信号，该滤波信号具有确定的带宽。计算机控制与分析系统利用多通道射频源控制软件，改变多通道射频源输出的射频信号个数和频率，并调整滤波信号光谱的叠加方式，可实现声光滤波器输出滤波信号带宽的连续调节。
本发明提出了一种带宽可调声光滤波新方法，该方法解决了传统声光滤波系统无法调节滤波光束带宽的缺点，通过控制多通道射频源输出射频信号个数以及频率，改变滤波信号光谱的叠加方式，可以实现声光滤波器输出滤波信号带宽的连续调节，该光学滤波方法稳定性好，操控简单，适合多种应用场合。
附图说明
附图1是带宽可调声光滤波系统装置图。
附图2是声光滤波系统带宽调节流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明
图1中，101是LED宽带光源，102是光准直系统，103是声光滤波系统，104是光谱检测系统，105是计算机控制与分析系统。LED宽带光源（101）、光准直系统（102）、声光滤波系统（103）、光谱检测系统（104）、计算机控制与分析系统（105）并依次连接，同时计算机控制与分析系统（105）还与声光滤波系统连接（103）。
为了更详细的描述本系统，结合附图2对具体成像过程作如下说明：
步骤201：系统开，即整个带宽可调声光滤波系统的初始化，主要包括光谱检测系统（104）、声光滤波系统（103）以及计算机分析与控制系统（105）等。
步骤202：根据LED宽带光源（101）的位置以及发光情况，对光准直系统（102）以及声光滤波系统（103）进行参数设置和调节，光准直系统（102）对LED宽带光源（101）的光束进行准直，声光滤波系统（103）对经对光准直系统（102）输出的准直光束进行带宽可调声光滤波。
步骤203：调节光谱检测系统（104）中光纤探头的位置，对滤波光束进行准确接收，调整光谱探测系统（104）中光电二极管的增益，完成滤波光束光谱的最佳测量，将测量的光谱数据通过USB连接线送至计算机控制与分析系统（105）。
步骤204：利用计算机控制与分析系统（105）对光谱检测系统（104）获得的光谱数据进行分析处理；利用计算机控制与分析系统（105）通过多通道射频源控制软件，改变声光滤波系统（103）中射频源的输出信号个数和频率，利用声光滤波器获得不同中心波长和带宽的滤波光束，不同中心波长和带宽的滤波光束的叠加，可改变滤波光束的带宽；利用计算机控制与分析系统（105），通过多通道射频源控制用软件连续调整声光滤波系统（103）中射频源输出信号个数和频率，控制具有不同中心波长和带宽的滤波光束光谱的叠加方式，实现滤波光束带宽的连续调整。
步骤205：对获得的带宽可调滤波光束光谱进行存储，声光滤波系统（103）的带宽调节过程结束，系统关闭。
Claims (6)
1.一种带宽可调声光滤波系统，其特征在于所述的带宽可调声光滤波系统由LED宽带光源、光准直系统、声光滤波系统、光谱检测系统、计算机控制与分析系统组成并依次连接，同时计算机控制与分析系统还与声光滤波系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种带宽可调声光滤波系统，其特征在于所述的LED宽带光源为普通白光LED。
3.根据权利要求1所述的一种带宽可调声光滤波系统，其特征在于所述的光准直系统由消色散的双胶合凸透镜和消色散的双胶合凹透镜组成。
4.根据权利要求1所述的一种带宽可调声光滤波系统，其特征在于所述的声光滤波系统位于光准直系统的后方，由声光滤波器和多通道射频源组成，声光滤波器接收光准直系统输出的平行光束并对其进行声光滤波，多通道射频源与声光滤波器之间通过射频线连接。
5.根据权利要求1所述的一种带宽可调声光滤波系统，其特征在于所述的光谱检测系统为光纤光栅光谱仪，包含光纤探头、分光光栅以及高灵敏度光电二极管阵列，在可见光范围内的光谱分辨率为0.2nm，光纤探头接收来自声光滤波系统的滤波光束并送入分光光栅进行分光，滤波光束经分光后到达光电二极管阵列，光电二极管阵列将测量滤波光束中不同波长信号光的强度，并将数据送入计算机控制与分析系统。
6.根据权利要求1所述的一种带宽可调声光滤波系统，其特征在于所述的计算机控制与分析系统由PC机构成，并通过USB连接线分别与声光滤波系统中的多通道射频源以及光谱检测系统连接。
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