CN118032304A - 一种f-p腔的精细度测量方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种F‑P腔的精细度测量方法，包括以下步骤：步骤S1、将宽频激光输入待测的F‑P腔；步骤S2、获得F‑P腔的光谱；步骤S3、由光谱获得光谱周期参数和波形参数；步骤S4、根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F‑P腔精细度。本发明还包括对应一种F‑P腔的精细度测量方法的一种F‑P腔的精细度测量装置。本发明提供了一种能够高效测量、兼容性强、准确率高的一种F‑P腔的精细度测量方法和装置。
Description
技术领域
本发明属于光学领域，尤其涉及一种F-P腔的精细度测量方法和装置。
背景技术
F-P腔，即法布里-珀罗谐振腔（Fabry-Pérot cavity），也即平面平行腔（plane-parallel cavity (resonator)），是光学谐振腔的一种，由两个平行平面反射镜组成，是一种利用多光束干涉现象工作的装置，用于高分辨率光谱的光学谐振腔，其具有以高精度检测和解析透射光谱精细特征的能力，通常用于确定激光腔的共振模式，该共振模式通常为窄线宽的紧密分布光谱峰。F-P腔常应用于半导体激光器、微芯片和微腔激光器等，是其中最重要的光学结构之一，常见的F-P腔结构如附图1所示。
现有技术中的精细度由 计算得到，r为镜面反射系数，但若所述反射镜清晰度极高（99.995%及以上），此时镜面反射系数测量难度高、准确率差，该情况下通常会通过输入与F-P腔匹配的单频光，通过对输出的光谱进行拟合计算得到F-P腔的精细度，但拟合计算的计算开销大，计算准确率有限，无法精确地得出精细度。此外，测量不同F-P腔的精细度需要采用不同波长的单频光，测量步骤效率低下、成本较高。
基于以上，本申请提供了解决以上技术问题的技术方案。
发明内容
针对现有技术中反射镜清晰度高时F-P腔精细度测量步骤效率低下、成本较高、准确率有限的场景，本发明提供了一种F-P腔的精细度测量方法，包括以下步骤：
步骤S1、将宽频激光输入待测的F-P腔；
步骤S2、获得F-P腔的透射信号频谱；
步骤S3、由所述透射信号频谱获得光谱周期参数和波形参数；
步骤S4、根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度。
在本发明的一个具体实施方式中，所述宽频激光由超辐射发光二极管SLD光源或放大自发辐射ASE光源发出。
在本发明的一个具体实施方式中，所述步骤S3还包括：
所述光谱周期参数为自由光谱范围FSR，所述波形参数为每个光谱峰的半高全宽FWHM。
在本发明的一个具体实施方式中，所述步骤S4还包括：
自由光谱范围的计算公式为：FSR=c/2L，其中，c为光速，L为F-P腔的腔长。
在本发明的一个具体实施方式中，所述步骤S4还包括，根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度具体为：
Finesse=FSR/FWHM，其中，Finesse为F-P腔的精细度。
本发明还提供一种F-P腔的精细度测量装置，包括以下步骤：
输入模块，用于将宽频激光输入待测的F-P腔；
频谱仪模块，用于获得F-P腔的透射信号频谱；
参数分析模块，根据所述透射信号频谱获得光谱周期参数和波形参数；
计算模块，用于根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度。
在本发明的一个具体实施方式中，所述输入模块中所述宽频激光为超辐射发光二极管SLD光源或放大自发辐射ASE光源。
在本发明的一个具体实施方式中，所述参数分析模块中，所述光谱周期参数为自由光谱范围FSR，所述波形参数为每个光谱峰的半高全宽FWHM。
在本发明的一个具体实施方式中，所述参数分析模块中，自由光谱范围的计算公式为：FSR=c/2L，其中，c为光速，L为F-P腔的腔长。
在本发明的一个具体实施方式中，所述计算模块根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度具体为：Finesse=FSR/FWHM，其中，Finesse为F-P腔的精细度。
本发明能够带来以下至少一种有益效果：本发明采用宽频激光替代现有技术中常用的单频光，利用F-P腔的滤波特性，可以由波形直接计算F-P腔的精细度，而不需由光谱拟合计算，计算简单、准确率高，且利用宽频激光测量能够适配不同波长的F-P腔，适用性强，不需要为不同波长的F-P腔适配不同的测量用单频光源。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为现有技术中的F-P腔结构示意图；
图2为本发明实施例中的一种F-P腔的精细度测量方法的步骤示意图；
图3为本发明实施例中的F-P腔光谱示意图；
图4为本发明实施例中的一种F-P腔的精细度测量装置的示意图。
具体实施方式
以下对本发明的各个方面进行进一步详述。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。
以下对术语进行说明。
除非另有明确的规定和限定，本发明中所述的“或”，包含了“和”的关系。所述“和”相当于布尔逻辑运算符“AND”，所述“或”相当于布尔逻辑运算符“OR”，而“AND”是“OR”的子集。
可以理解到，尽管术语“第一”、“第二”等等可以在此用来说明不同的元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅仅用来将一个元件与另一个元件区分开。因此，第一元件可以被称为第二元件，而不背离本发明构思的教导。
本发明中，术语“含有”、“包含”或“包括”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物中。因此，术语“主要由 ...组成”包含在术语“含有”、“包含”或“包括”中。
除非另有明确的规定和限定，本发明的术语“相连”、“连通”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
例如，如果一个元件（或部件）被称为在另一个元件上、与另一个元件耦合或者与另一个元件连接，那么所述一个元件可以直接地在所述另一个元件上形成、与之耦合或者与之连接，或者在它们之间可以有一个或多个介于中间的元件。相反，如果在此使用表述“直接在......上”、“直接与......耦合”和“直接与......连接”，那么表示没有介于中间的元件。用来说明元件之间的关系的其他词语应该被类似地解释，例如“在......之间”和“直接在......之间”、“附着”和“直接附着”、“相邻”和“直接相邻”等等。
另外需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。使用的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。可以理解到，在此，这些术语用来描述如在附图中所示的一个元件、层或区域相对于另一个元件、层或区域的关系。除了在附图中描述的取向之外，这些术语应该也包含装置的其他取向。
本发明的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。例如，在附图中的元件的厚度可以为了清楚性起见而被夸张。
实施例一
针对现有技术中反射镜清晰度高时F-P腔精细度测量步骤效率低下、成本较高、准确率有限的场景，如附图2所示，本发明提供了一种F-P腔的精细度测量方法，包括以下步骤：
步骤S1、将宽频激光输入待测的F-P腔；
步骤S2、获得F-P腔的透射信号频谱；
步骤S3、由所述透射信号频谱获得光谱周期参数和波形参数；
步骤S4、根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述宽频激光由宽谱光源发出，所述宽谱光源为超辐射发光二极管SLD光源或放大自发辐射ASE光源。
具体的，F-P腔具备滤波特性，当入射光波的波长为腔长L的整数倍时，光波可形成稳定振荡，输出光波之间会产生多光束干涉，最终输出等间隔的梳状波形，如附图3所示。
本发明采用宽频激光替代了单频光，其中，所述宽频激光的光谱范围可包括可见光至红外光或紫外光；而单频光的谱线宽度窄，多由单频激光器输出。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述步骤S3还包括：
所述光谱周期参数为自由光谱范围FSR，所述波形参数为每个光谱峰的半高全宽FWHM。
具体的，F-P腔的自由光谱范围FSR为1.5GHz~10GHz。
具体的，参见附图3示出的透射信号频谱，附图3示出了镜面反射率分别为99.7％、80％和4％的F-P腔光谱，半高全宽（Full Width at Half Maximum）FWHM亦称半峰全宽，指色谱峰高一半处的峰宽度，通过峰高的中点作平行于峰底的直线，此直线与峰两侧相交两点之间的距离。更具体而言，半高全宽FWHM可以通过在峰高一半处做平行线L或对光谱图像积分法计算得到。
在本发明的一个优选的实施方式中，自由光谱范围的计算公式为：FSR=c/2L，其中，c为光速，L为F-P腔的腔长。具体的，F-P腔的腔长可以通过测量F-P腔两个平面镜的距离得到。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述步骤S4还包括，根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度具体为：Finesse=FSR/FWHM，其中，Finesse为F-P腔的精细度。
应当注意的是，本发明中，半高全宽及腔长的测量方法不仅局限于本发明提到的方法，上述仅为示例，包括但不限于的测量方法，只要不对本发明的发明目的产生限制任何形式的增加或删减都应当被包含在本发明的主旨内。
本发明能够带来以下至少一种有益效果：本发明采用宽频激光替代现有技术中常用的单频光，利用F-P腔的滤波特性，可以由波形直接计算F-P腔的精细度，而不需由光谱拟合计算，计算简单、准确率高，且利用宽频激光测量能够适配不同波长的F-P腔，适用性强，不需要为不同波长的F-P腔适配不同的测量用单频光源。
实施例二
参见图4，为本发明的另一个具体实施方式的一种F-P腔的精细度测量装置的示意图，包括以下步骤：
输入模块，用于将宽频激光输入待测的F-P腔；
频谱仪模块，用于获得F-P腔的透射信号频谱；
参数分析模块，根据所述透射信号频谱获得光谱周期参数和波形参数；
计算模块，用于根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述宽频激光由超辐射发光二极管SLD光源或放大自发辐射ASE光源发出。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述参数分析模块中，所述光谱周期参数为自由光谱范围FSR，所述波形参数为每个光谱峰的半高全宽FWHM。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述参数分析模块中，自由光谱范围的计算公式为：FSR=c/2L，其中，c为光速，L为F-P腔的腔长。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述计算模块根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度具体为：Finesse=FSR/FWHM，其中，Finesse为F-P腔的精细度。
需要注意的是，本发明的每个具体实施方式的单个或多个技术特征可以和其他实施方式的单个或多个技术特征进行组合，这些组合都属于本发明的保护范围。
综上，本发明获得了如下效果：
本发明采用宽频激光替代现有技术中常用的单频光，利用F-P腔的滤波特性，可以由波形直接计算F-P腔的精细度，而不需由光谱拟合计算，计算简单、准确率高，且利用宽频激光测量能够适配不同波长的F-P腔，适用性强，不需要为不同波长的F-P腔适配不同的测量用单频光源。
基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种F-P腔的精细度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将宽频激光输入待测的F-P腔；
步骤S2、获得F-P腔的透射信号频谱；
步骤S3、由所述透射信号频谱获得光谱周期参数和波形参数；
步骤S4、根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度。
2.根据权利要求1所述的F-P腔的精细度测量方法，其特征在于，所述宽频激光由超辐射发光二极管SLD光源或放大自发辐射ASE光源发出。
3.根据权利要求1所述的F-P腔的精细度测量方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：
所述光谱周期参数为自由光谱范围FSR，所述波形参数为每个光谱峰的半高全宽FWHM。
4.根据权利要求3所述的F-P腔的精细度测量方法，其特征在于，所述步骤S4还包括，自由光谱范围的计算公式为：
FSR=c/2L，其中，c为光速，L为F-P腔的腔长。
5.根据权利要求4所述的F-P腔的精细度测量方法，其特征在于，所述步骤S4还包括，根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度具体为：Finesse=FSR/FWHM，其中，Finesse为F-P腔的精细度。
6.一种F-P腔的精细度测量装置，其特征在于，包括以下步骤：
输入模块，用于将宽频激光输入待测的F-P腔；
频谱仪模块，用于获得F-P腔的透射信号频谱；
参数分析模块，根据所述透射信号频谱获得光谱周期参数和波形参数；
计算模块，用于根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度。
7.根据权利要求6所述的F-P腔的精细度测量装置，其特征在于，所述输入模块中所述宽频激光为超辐射发光二极管SLD光源或放大自发辐射ASE光源。
8.根据权利要求6所述的F-P腔的精细度测量装置，其特征在于，所述参数分析模块中，所述光谱周期参数为自由光谱范围FSR，所述波形参数为每个光谱峰的半高全宽FWHM。
9.根据权利要求8所述的F-P腔的精细度测量装置，其特征在于，所述参数分析模块中，自由光谱范围的计算公式为：FSR=c/2L，其中，c为光速，L为F-P腔的腔长。
10.根据权利要求9所述的F-P腔的精细度测量装置，其特征在于，所述计算模块根据所述光谱周期参数与波形参数计算获得F-P腔精细度具体为：Finesse=FSR/FWHM，其中，Finesse为F-P腔的精细度。
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