CN108709163A - 一种光源输出波长调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光源器件设备技术领域，涉及一种光源输出波长调节装置，主体结构包括底座、六个支架、光源、起偏器、透镜组合、两个光纤准直器、两个光纤跳线、电机、滤光轮、通孔、滤光片和透明窗口，在滤光轮的圆周上设计了一个透明窗口，在对应着透明窗口的同轴光路上装设一个测试光源和光电探测器，用于准确定位波长，滤光轮与光源、起偏器、透镜组合、两个光纤准直器、两条光纤跳线和简易机械支架组合制作成光源输出波长调节装置，滤光轮位于两个光纤准直器之间，使得滤光片左右两侧的光易于发射和接收，通过电机带动滤光轮转动，改变光路透镜组合‑二号光纤准直器中工作的滤光片，实现不同的波长的准确定位。
Description
技术领域：
本发明属于光源器件设备技术领域，涉及一种光源输出波长调节装置，采用滤光轮结构，将不同波长的带通滤光片置于滤光轮轮圈圆周的不同透明窗口中，利用滤光轮的转动实现选择输出波长的功能。
背景技术：
光源是一个物理学名词，宇宙间的物体有的是发光的，有的是不发光的，自己能发光且正在发光的物体叫做光源，太阳、打开的电灯、燃烧着的蜡烛等都是光源。光源的主要种类包括照明光源、辐射光源、稳定光源、背光源、led光源和电光源。市场上波长可调光源主要采用光栅单色仪，单色仪与光谱摄谱仪的结构相似，为从宽波段的辐射束中分离出一系列狭窄波段的电磁辐射，它以出射狭缝取代摄谱仪焦面上的感光板，有棱镜单色仪和光栅单色仪。其中光栅单色仪应用比较广泛：在科研、生产、质控等环节。无论是穿透吸收光谱，还是荧光光谱，拉曼光谱，如何获得单波长辐射是不可缺少的手段。由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围(UV-IR)，高光谱分辨率(到0.001nm),自动波长扫描，完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融合为高性能自动测试系统，使用电脑自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的首选。当一束复合光线进入单色仪的入射狭缝，首先由光学准直镜汇聚成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长(颜色)。利用每个波长离开光栅的角度不同，由聚焦反射镜再成像出射狭缝。通过电脑控制可精确地改变出射波长。
中国专利201520195113.1公开的一种全光谱多波长可调光源的混光结构包括：一本体，其内部形成有一第一光通道以及一第二光通道，其中：该第一光通道于该本体的表面上形成有一第一入口以及一第一出口；该第二光通道于该本体的表面上形成有一第二入口，且该第二光通道与该第一光通道连通；一第一光源，用以发射一第一光线，该第一光线自该第一光通道的第一入口射入，而于该第一出口射出；以及一第二光源，用以发射一第二光线，该第二光线自该第二入口射入后，亦于该第一出口射出；中国专利201210594029.8公开的一种波长可调光源的波长自动校准系统包括：波长可调光源装置、注入聚焦装置、用于承载所述注入聚焦装置的注入聚焦固定架、探测聚焦装置、用于承载所述探测聚焦装置的探测聚焦固定架、连接所述注入聚焦装置和所述探测聚焦装置的光纤、以及信号采集装置；其特征在于，所述波长自动校准系统还包括：位于所述探测聚焦装置与所述光纤之间的光路上、配置有窄带滤光片和通光孔的滤光片转换机构；利用所述滤光片转换机构，将所述窄带滤光片置于所述探测聚焦装置与所述光纤之间的光路上，光信号通过所述窄带滤光片后仅让滤光片标称波长通过，当扫描到能够探测到为所述滤光片标称波长的光信号时，所述波长可调光源发出的光源波长即为所述窄带滤光片的滤光片标称波长，从而完成所述可调波长光源的波长自动校准；并于此时利用所述滤光片转换机构将所述通光孔置于所述探测聚焦装置与所述光纤之间的光路上，确保不改变所述窄带滤光片置于所述探测聚焦装置与所述光纤之间的光路来检测参数；中国专利200810186900.4公开的一种使用多重谐振器改变光波长的波长可调光源，多重谐振器包括两个或更多个彼此间具有不同光程长度的耦合的谐振器，该波长可调光源包含：单个或更多个光变化部件，用于改变谐振器的透射特性；光传感器部件，通过检测从两个或更多个谐振器中的每个谐振器输出的光获得转换成电功率值的光功率；和控制单元，累加由光传感器部件检测到的每个谐振器的光功率，通过光变化部件控制透射特性的变化从而使累加的光功率之和成为最小；上述专利产品存在设备内部结构和光路复杂、外形体积大以及价格昂贵，无法推广使用的问题。因此，研发设计一种小巧轻便、价格便宜和光路简单的光源输出波长调节装置，有良好的社会和经济价值，应用前景广阔。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种小巧轻便、价格便宜和光路简单的光源输出波长调节装置，将不同波长的带通滤光片置于滤光轮轮圈圆周的不同透明窗口中，利用滤光轮的转动实现选择输出波长的功能。
为了实现上述目的，本发明涉及的光源输出波长调节装置的主体结构包括底座、一号支架、二号支架、三号支架、四号支架、五号支架、六号支架、光源、起偏器、透镜组合、一号光纤准直器、一号光纤跳线、电机、滤光轮、通孔、滤光片、透明窗口、二号光纤准直器和二号光纤跳线；矩形板状结构的底座的上表面上从左至右依次设置有一号支架、二号支架、三号支架、四号支架、五号支架和六号支架，底座分别与一号支架、二号支架、三号支架、四号支架、五号支架和六号支架螺栓式连接，一号支架的顶端安装有光源，二号支架的顶端安装有起偏器，三号支架的顶端安装有透镜组合，透镜组合的主体结构包括准直透镜和聚焦透镜，准直透镜在聚焦透镜的左侧，准直透镜和聚焦透镜的中心位于同一条直线上，四号支架的顶端安装有一号光纤准直器，一号光纤准直器通过一号光纤跳线与透镜组合中的聚焦透镜连接，五号支架的顶端安装有电机，电机与圆形结构的滤光轮连接，滤光轮的圆周上等间距开设有n-2个圆形结构的通孔，其中n-1个通孔中安装有圆形片状结构的波长不同的滤光片，其余1个通孔中安装有圆形结构的透明窗口，六号支架的顶端安装有二号光纤准直器，二号光纤准直器的出口与二号光纤跳线连接；透镜组合、一号光纤准直器、其中一个滤光片和二号光纤准直器的中心在同一条水平光路上。
本发明涉及的底座、一号支架、二号支架、三号支架、四号支架、五号支架和六号支架的材质均为不锈钢；光源为包括氘灯、卤钨灯、氙灯、光发射二极管、超辐射光源、半导体光放大器、光纤放大器、来自空间的非单模光和复合光源的宽谱光源；起偏器能够从自然光中获得偏振光；透镜组合中的准直透镜的通光口径为0.1毫米至7厘米，聚焦透镜为透射式透镜，聚焦透镜的输出端口与一号光纤跳线的接口相匹配，透镜组合能够将光源的发散光准直并聚焦于一点后耦合进一号光纤跳线中；一号光纤准直器和二号光纤准直器均能够将外界平行(近似平行)光耦合至光纤内；一号光纤跳线和二号光纤跳线为单模或多模光纤；电机为减速电机、伺服电机或直流步进马达，电机的转动，能够带动滤光轮的旋转以选择光路透镜组合-二号光纤准直器中的不同波长的滤光片；滤光轮上的通孔的数量根据所需不同波长的滤光片的数量选取，通孔的数量比滤光片的数量多1个；滤光片为带通型滤光片；透明窗口作为发出其他波段波长的测试光源的通过窗口。
本发明涉及的光源输出波长调节装置使用时，将滤光轮上的通孔依次编号为0、1、2、3……N，并在编号为1、2、3……N的通孔中依次置入不同波长的滤光片，滤光片对应的波长分别为λ1，λ2……λN，编号为0的没有置入滤光片的通孔为透明窗口，在透明窗口的左侧装设测试光源，在透明窗口的右侧装设光电探测器，测试光源的波长为λ0，测试光源和光电探测器的光路位于同一条轴线上，测试光源包括激光器、发光二极管、灯和自然光，波长λ0是包括在测试光源光谱波段中的一个波长，光电探测器能够探测波长为λ0的光；开启电机使其带动滤光轮旋转，待透镜组合、1号通孔中的滤光片和二号光纤准直器的中心在同一条水平光路上时，打开光源，光源发出的自然光，起偏器获取自然光中的偏振光，偏振光为发散光，发散光经过透镜组合时被透镜组合准直并聚焦于一点后耦合进一号光纤跳线中，一号光纤准直器把一号光纤跳线输出的发散光变为小直径光场范围的平行光，小直径光场范围的平行光为宽光谱光波，宽光谱光波经过1号通孔中的滤光片之后成为窄带光波，窄带光波被二号光纤准直器接收并耦合进入二号光纤跳线中，二号光纤跳线输出从1号通孔中滤光片透射的窄带光波的波长λ1；期间，当光电探测器探测到测试光源发出的光信号时，说明1号通孔中的滤光片在光路透镜组合-二号光纤准直器的光轴上，二号光纤跳线输出的是波长为λ1的光信号，滤光轮匀速转动一圈的时间为T，滤光轮有N个通孔，二号光纤跳线每隔T/N的时间输出一次光信号P，P为波长λ对应的光信号，光电探测器探测到的光信号为P0，P0为波长λ0对应的光信号，则波长λ、光信号P和P0与时间T的对应关系下表所示：
从上表中能够看出，测试光源和光电探测器能够对波长λ进行准确定位，还能对其他波长进行准确定位，通过控制时间T，能够控制滤光轮上滤光片的位置，以灵活调节光源的输出波长。
本发明与现有技术相比，在滤光轮的圆周上设计了一个透明窗口，在对应着透明窗口的同轴光路上装设一个测试光源和光电探测器，用于准确定位波长，滤光轮与光源、起偏器、透镜组合、两个光纤准直器、两条光纤跳线和简易机械支架组合制作成光源输出波长调节装置，滤光轮位于两个光纤准直器之间，使得滤光片左右两侧的光易于发射和接收，通过电机带动滤光轮转动，改变光路透镜组合-二号光纤准直器中工作的滤光片，实现不同的波长的准确定位，偏振器获取光源发出的自然光中的偏振光，偏振光为发散光，发散光经过透镜组合时被透镜组合准直并聚焦于一点后耦合进一号光纤跳线中，一号光纤准直器把一号光纤跳线12输出的发散光变为小直径光场范围的平行光，小直径光场范围的平行光为宽光谱光波，宽光谱光波经过滤光片之后成为窄带光波，窄带光波被二号光纤准直器接收并耦合进入二号光纤跳线中，二号光纤跳线输出从滤光片透射的窄带光波的波长，通过控制滤光轮的转动时间，能够达到自由调节光源的输出波长；其结构简单，小巧轻便，制作成本低，能够准确定位波长和灵活调节光源的输出波长。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明涉及的透镜组合的主体结构原理示意图。
图3为本发明涉及的滤光轮的主体结构原理示意图。
图4为本发明进行波长定位和波长选择的原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1：
本实施例涉及的光源输出波长调节装置的主体结构包括底座1、一号支架2、二号支架3、三号支架4、四号支架5、五号支架6、六号支架7、光源8、起偏器9、透镜组合10、一号光纤准直器11、一号光纤跳线12、电机13、滤光轮14、通孔15、滤光片16、透明窗口17、二号光纤准直器18和二号光纤跳线19；矩形板状结构的底座1的上表面上从左至右依次设置有一号支架2、二号支架3、三号支架4、四号支架5、五号支架6和六号支架7，底座1分别与一号支架2、二号支架3、三号支架4、四号支架5、五号支架6和六号支架7螺栓式连接，一号支架2的顶端安装有光源8，二号支架3的顶端安装有起偏器9，三号支架4的顶端安装有透镜组合10，透镜组合10的主体结构包括准直透镜101和聚焦透镜102，准直透镜101在聚焦透镜102的左侧，准直透镜101和聚焦透镜102的中心位于同一条直线上，四号支架5的顶端安装有一号光纤准直器11，一号光纤准直器11通过一号光纤跳线12与透镜组合10中的聚焦透镜102连接，五号支架6的顶端安装有电机13，电机13与圆形结构的滤光轮14连接，滤光轮14的圆周上等间距开设有2-n(n为大于2的整数)个圆形结构的通孔15，其中n-1个通孔15中安装有圆形片状结构的波长不同的滤光片16，其余1个通孔15中安装有圆形结构的透明窗口17，六号支架7的顶端安装有二号光纤准直器18，二号光纤准直器18的出口与二号光纤跳线19连接；透镜组合10、一号光纤准直器11、其中一个滤光片16和二号光纤准直器18的中心在同一条水平光路上。
本实施例涉及的底座1、一号支架2、二号支架3、三号支架4、四号支架5、五号支架6和六号支架7的材质均为不锈钢；光源8为包括氘灯、卤钨灯、氙灯、光发射二极管(LED)、超辐射光源、半导体光放大器、光纤放大器、来自空间的非单模光(太阳光)和复合光源(发光波长从紫外、可见至红外)的宽谱光源；起偏器9能够从自然光中获得偏振光；透镜组合10中的准直透镜101的通光口径为0.1毫米至7厘米，聚焦透镜102为透射式透镜，聚焦透镜102的输出端口与一号光纤跳线12的接口相匹配，透镜组合10能够将光源8的发散光准直并聚焦于一点后耦合进一号光纤跳线12中；一号光纤准直器11和二号光纤准直器18均能够将外界平行(近似平行)光耦合至光纤内；一号光纤跳线12和二号光纤跳线19为单模或多模光纤；电机13为减速电机、伺服电机或直流步进马达，电机13的转动，能够带动滤光轮14的旋转以选择光路透镜组合10-二号光纤准直器18中的不同波长的滤光片16；滤光轮14上的通孔15的数量根据所需不同波长的滤光片16的数量选取，通孔15的数量比滤光片16的数量多1个；滤光片16为带通型滤光片；透明窗口17作为发出其他波段波长的测试光源200的通过窗口。
本实施例涉及的光源输出波长调节装置使用时，将滤光轮14上的通孔15依次编号为0、1、2、3……N，并在编号为1、2、3……N的通孔15中依次置入不同波长的滤光片16，滤光片16对应的波长分别为λ1，λ2……λN，编号为0的没有置入滤光片16的通孔15为透明窗口17，在透明窗口17的左侧装设测试光源200，在透明窗口17的右侧装设光电探测器300，测试光源200的波长为λ0，测试光源200和光电探测器300的光路位于同一条轴线上，测试光源200包括激光器、发光二极管、灯和自然光，波长λ0是包括在测试光源200光谱波段中的一个波长，光电探测器300能够探测波长为λ0的光；开启电机13使其带动滤光轮14旋转，待透镜组合10、1号通孔15中的滤光片16和二号光纤准直器18的中心在同一条水平光路上时，打开光源8，光源8发出的自然光，起偏器9获取自然光中的偏振光，偏振光为发散光，发散光经过透镜组合10时被透镜组合10准直并聚焦于一点后耦合进一号光纤跳线12中，一号光纤准直器11把一号光纤跳线12输出的发散光变为小直径光场范围的平行光，小直径光场范围的平行光为宽光谱光波，宽光谱光波经过1号通孔15中的滤光片16之后成为窄带光波，窄带光波被二号光纤准直器18接收并耦合进入二号光纤跳线19中，二号光纤跳线19输出从1号通孔15中滤光片16透射的窄带光波的波长λ1；期间，当光电探测器300探测到测试光源200发出的光信号时，说明1号通孔15中的滤光片16在光路透镜组合10-二号光纤准直器18的光轴上，二号光纤跳线19输出的是波长为λ1的光信号，滤光轮14匀速转动一圈的时间为T，滤光轮14有N个通孔15，二号光纤跳线19每隔T/N的时间输出一次光信号P，P为波长λ对应的光信号，光电探测器300探测到的光信号为P0，P0为波长λ0对应的光信号，则波长λ、光信号P和P0与时间T的对应关系下表所示：
| T | 0 | T/N | 2T/N | …… | (N-1)T/N | T | T+T/N | T+2T/N | …… |
| λ | λ1 | λ2 | λ3 | …… | λN | λ1 | λ2 | λ3 | …… |
| P0 | 1 | 0 | 0 | …… | 0 | 1 | 0 | 0 | …… |
| P | P1 | P2 | P3 | …… | Pn | P1 | P2 | P3 | …… |
从上表中能够看出，测试光源200和光电探测器300能够对波长λ进行准确定位，还能对其他波长进行准确定位，通过控制时间T，能够控制滤光轮14上滤光片16的位置，以灵活调节光源8的输出波长。
Claims (3)
1.一种光源输出波长调节装置，其特征在于主体结构包括底座、一号支架、二号支架、三号支架、四号支架、五号支架、六号支架、光源、起偏器、透镜组合、一号光纤准直器、一号光纤跳线、电机、滤光轮、通孔、滤光片、透明窗口、二号光纤准直器和二号光纤跳线；矩形板状结构的底座的上表面上从左至右依次设置有一号支架、二号支架、三号支架、四号支架、五号支架和六号支架，底座分别与一号支架、二号支架、三号支架、四号支架、五号支架和六号支架螺栓式连接，一号支架的顶端安装有光源，二号支架的顶端安装有起偏器，三号支架的顶端安装有透镜组合，透镜组合的主体结构包括准直透镜和聚焦透镜，准直透镜在聚焦透镜的左侧，准直透镜和聚焦透镜的中心位于同一条直线上，四号支架的顶端安装有一号光纤准直器，一号光纤准直器通过一号光纤跳线与透镜组合中的聚焦透镜连接，五号支架的顶端安装有电机，电机与圆形结构的滤光轮连接，滤光轮的圆周上等间距开设有n-2个圆形结构的通孔，其中n-1个通孔中安装有圆形片状结构的波长不同的滤光片，其余1个通孔中安装有圆形结构的透明窗口，六号支架的顶端安装有二号光纤准直器，二号光纤准直器的出口与二号光纤跳线连接；透镜组合、一号光纤准直器、其中一个滤光片和二号光纤准直器的中心在同一条水平光路上。
2.根据权利要求1所述的光源输出波长调节装置，其特征在于所述底座、一号支架、二号支架、三号支架、四号支架、五号支架和六号支架的材质均为不锈钢；光源为包括氘灯、卤钨灯、氙灯、光发射二极管、超辐射光源、半导体光放大器、光纤放大器、来自空间的非单模光和复合光源的宽谱光源；起偏器能够从自然光中获得偏振光；透镜组合中的准直透镜的通光口径为0.1毫米至7厘米，聚焦透镜为透射式透镜，聚焦透镜的输出端口与一号光纤跳线的接口相匹配，透镜组合能够将光源的发散光准直并聚焦于一点后耦合进一号光纤跳线中；一号光纤准直器和二号光纤准直器均能够将外界平行(近似平行)光耦合至光纤内；一号光纤跳线和二号光纤跳线为单模或多模光纤；电机为减速电机、伺服电机或直流步进马达，电机的转动，能够带动滤光轮的旋转以选择光路透镜组合-二号光纤准直器中的不同波长的滤光片；滤光轮上的通孔的数量根据所需不同波长的滤光片的数量选取，通孔的数量比滤光片的数量多1个；滤光片为带通型滤光片；透明窗口作为发出其他波段波长的测试光源的通过窗口。
3.根据权利要求1所述的光源输出波长调节装置，其特征在于使用时，将滤光轮上的通孔依次编号为0、1、2、3……N，并在编号为1、2、3……N的通孔中依次置入不同波长的滤光片，滤光片对应的波长分别为λ1，λ2……λN，编号为0的没有置入滤光片的通孔为透明窗口，在透明窗口的左侧装设测试光源，在透明窗口的右侧装设光电探测器，测试光源的波长为λ0，测试光源和光电探测器的光路位于同一条轴线上，测试光源包括激光器、发光二极管、灯和自然光，波长λ0是包括在测试光源光谱波段中的一个波长，光电探测器能够探测波长为λ0的光；开启电机使其带动滤光轮旋转，待透镜组合、1号通孔中的滤光片和二号光纤准直器的中心在同一条水平光路上时，打开光源，光源发出的自然光，起偏器获取自然光中的偏振光，偏振光为发散光，发散光经过透镜组合时被透镜组合准直并聚焦于一点后耦合进一号光纤跳线中，一号光纤准直器把一号光纤跳线输出的发散光变为小直径光场范围的平行光，小直径光场范围的平行光为宽光谱光波，宽光谱光波经过1号通孔中的滤光片之后成为窄带光波，窄带光波被二号光纤准直器接收并耦合进入二号光纤跳线中，二号光纤跳线输出从1号通孔中滤光片透射的窄带光波的波长λ1；期间，当光电探测器探测到测试光源发出的光信号时，说明1号通孔中的滤光片在光路透镜组合-二号光纤准直器的光轴上，二号光纤跳线输出的是波长为λ1的光信号，滤光轮匀速转动一圈的时间为T，滤光轮有N个通孔，二号光纤跳线每隔T/N的时间输出一次光信号P，P为波长λ对应的光信号，光电探测器探测到的光信号为P0，P0为波长λ0对应的光信号，则波长λ、光信号P和P0与时间T的对应关系下表所示：
从上表中能够看出，测试光源和光电探测器能够对波长λ进行准确定位，还能对其他波长进行准确定位，通过控制时间T，能够控制滤光轮上滤光片的位置，以灵活调节光源的输出波长。
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