CN202757691U - 应用于光纤通信的光谱分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种应用于光纤通信的光谱分析系统，包括：入射准直透镜，用于将待测的入射光耦合入光纤；可调谐F-P干涉仪，其通过调谐腔长在选择部分来自所述入射准直透镜光波通过；F-P标准具，用于提取来自所述可调谐F-P干涉仪中特定频率的光波；用于隔离反射光的第一光纤环行器，位于可调谐F-P干涉仪和F-P标准具之间；第二光纤环行器；功率测量模块；稳频光源，用于提供一稳频基准光波；波长解调模块；光带阻滤波器，位于所述第二光纤环行器和功率测量模块之间，用于将来自稳频光源发出的光波反射；光纤耦合器。本实用新型实现光频率选择的同时，可以在很小的幅度上调谐谐振腔的腔长，避免了采用活动部件所产生的技术问题。

Description

应用于光纤通信的光谱分析系统

技术领域

本实用新型涉及一种应用于光纤通信的光谱分析系统，属于光谱探测领域，可以应用于物质的吸收光谱的测定、光通信和光纤传感等领域。 

背景技术

现有技术光谱分析系统目前主要有两类。一类是将不同波长的光波分布在不同的空间方向上，其中常见的分光元件是棱镜和光栅。另一类是将不同波长的光波在时间上分开，其中常见的是傅里叶变换光谱仪，可以利用迈克耳逊干涉仪或者马赫-曾德干涉仪实现。 

现有技术利用光栅将不同波长的光波分散到不同的空间方向，利用线性探测器阵列或者线性图象传感器(如CCD或者CMOS图像传感器)探测不同波长光波的功率，由此得到待测光谱。这种方法的优点是：响应速度快，波长分辨率也可以很高。缺点主要在于探测器和光栅之间需要较大的距离，因而导致机械加工困难，设备庞大笨重，而且价格昂贵。因此如何克服现有技术中上述技术问题，成为本领域普通技术人员努力的方向。 

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种应用于光纤通信的光谱分析系统，实现光频率选择的同时，可以在很小的幅度上调谐谐振腔的腔长，避免了采用活动部件所产生的技术问题。 

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种应用于光纤通信的光谱分析系统，包括： 

入射准直透镜，用于将待测的入射光耦合入光纤； 

可调谐F-P干涉仪，其通过调谐腔长让来自所述入射准直透镜光波通过； 

F-P标准具，用于提取来自所述可调谐F-P干涉仪中特定频率的光波； 

用于隔离反射光的第一光纤环行器，位于可调谐F-P干涉仪和F-P标准具之间，用于接收来自可调谐F-P干涉仪的光波； 

第二光纤环行器，此第二光纤环行器输入端口与所述F-P标准具之间传输光波； 

功率测量模块，将来自第二光纤环行器第一输出端口光波转化为电信号并计算光功率，采样并储存光功率数据； 

稳频光源，用于提供一稳频基准光波； 

波长解调模块，将来自第二光纤环行器第二输出端口光波转化为电信号并计算稳频光源所发出的光波穿过整个系统后的光功率，从光功率数据中解调得到波长数据； 

光带阻滤波器，位于所述第二光纤环行器和功率测量模块之间，其阻带与待测光波的频率范围错开，用于将来自稳频光源发出的光波反射； 

光纤耦合器，将来自所述稳频光源发出的光波和待测光波叠加后传输到所述可调谐F-P干涉仪。 

上述技术方案中进一步改进的技术方案如下： 

作为优选，位于所述功率测量模块前端为第一光电二极管，其用于将光波转化为电信号； 

位于波长解调模块前端为第二光电二极管，其用于将光波转化为电信号。 

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果： 

1、本实用新型利用两个体积很小的谐振腔实现了光频率选择的功能，避免了使用体积较大的迈克耳逊干涉仪，或者是光栅-图像传感器结构中较长的自由空间传播距离。 

2、本实用新型的频谱分辨率由标准具的自由光谱范围决定，可以很容易地达到极高的分辨精度。 

附图说明

图1为本实用新型光谱分析系统结构示意图； 

图2为本实用新型谐振腔的功率透射谱； 

图3为本实用新型F-P标准具和可调谐F-P干涉仪的功率透射谱； 

图4为通过可调谐F-P干涉仪实现的频率扫描。 

以上附图中：1、入射准直透镜；2、可调谐F-P干涉仪；3、F-P标准具；4、第一光纤环行器；5、第二光纤环行器；6、功率测量模块；7、稳频光源；8、波长解调模块；9、光带阻滤波器；10、光纤耦合器；11、第一光电二极管；12、第二光电二极管。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述： 

实施例：一种应用于光纤通信的光谱分析系统，如附图1-4所示，包括： 

入射准直透镜1，用于将待测的入射光耦合入光纤； 

可调谐F-P干涉仪2，其通过调谐腔长让来自所述入射准直透镜光波通过； 

F-P标准具3，用于提取来自所述可调谐F-P干涉仪2中特定频率的光波； 

用于隔离反射光的第一光纤环行器4，位于可调谐F-P干涉仪2和F-P标准具3之间，用于接收来自可调谐F-P干涉仪2的光波； 

第二光纤环行器5，此第二光纤环行器5输入端口与所述F-P标准具3之间传输光波； 

功率测量模块6，将来自第二光纤环行器5第一输出端口光波转化为电信号并计算光功率，采样并储存光功率数据； 

稳频光源7，用于提供一稳频基准光波； 

波长解调模块8，将来自第二光纤环行器5第二输出端口光波转化为电信号并计算稳频光源7所发出的光波穿过整个系统后的光功率，从光功率数据中解调得到波长数据； 

光带阻滤波器9，位于所述第二光纤环行器5和功率测量模块6之间，其阻带与待测光波的频率范围错开，用于将来自稳频光源7发出的光波反射； 

光纤耦合器10，将来自所述稳频光源7发出的光波和待测光波叠加后传输到所述可调谐F-P干涉仪2。 

位于所述功率测量模块6前端为第一光电二极管11，其用于将光波转化为电信号； 

位于波长解调模块8前端为第二光电二极管12，其用于将光波转化为电信号。 

根据多光束干涉的知识，谐振腔的功率透射谱呈现梳状，如图2所示。其中自由光谱范围(腔纵模间隔)与谐振腔内的光程(简称为腔长)成反比。腔纵模的宽度，也就是透射光谱的宽度，是由精细度决定的。精细度越高，纵模的形状越尖锐，纵模宽度D越窄。 

本实用新型中存在有两个串接的谐振腔，即腔长可变的F-P干涉仪3和腔长固定的F-P干涉仪7。两者的自由光谱范围有一个微小的差别，如图3所示，图3(a)为F-P标准具的透射谱，图3(b)为可调谐F-P干涉仪的透射谱，从图3中可以看出，两者的透射光谱在光频率v_i处重合，而在其它任何波长都不重合，因此，待测光波穿过两个谐振腔之后，只剩下频率为v_i的单色光波。 

根据谐振腔的相关知识，其纵模频率为 

$v=\frac{\mathrm{nC}}{2L}---\left(1\right)$

其中C是光速，L是腔内光程，n是一个正整数，是纵模的序号。 

从式(1)可以得到谐振腔的自由光谱范围，也就是相邻纵模的频率差为 

$\mathrm{\Δv}=\frac{C}{2L}---\left(2\right)$

从式(1)和式(2)可以看出，当改变腔长L时，自由光谱范围和第n个纵模所在的光频率v都会变化。但是，如果腔长的改变量ΔL远小于腔长，即有关系ΔL＜＜L，从式(2)可以看出，分母上的一点微小变化不会对自由光谱范围Δv产生显著的影响，我们可以认为Δv是不变的。另一方面，在光频波段，腔纵 模的序数n都是很大的。因此，自由光谱范围(纵模间隔)的一点微小变化都会累加起来，使第n个纵模所在的光频率产生显著的变化。综上所述，微调腔长L的效果就相当于平移谐振腔的透射光谱，如图4所示。图中为了便于区别，将干涉仪3的透射光谱的位置略微下移了一些。 

如附图4所示，其中：V1：采样光频率1，V2：采样光频率2，V3：采样光频率3，V4：采样光频率4，V5：可调谐F-P干涉仪的光谱，V6：F-P标准具的光谱，d1：纵模的偏移，d2：采样光频率的偏移；图4(a)中，当标准具7光谱的第m个纵模与干涉仪3光谱的第n个纵模相重合时，采样光频率1能够通过；图4(b)中，第m+1个纵模与第n+1个纵模相重合，采样光频率2能够通过；图4(c)中，第m+2个纵模与第n+2个纵模相重合，采样光频率3能够通过；图4(d)中，第m+3个纵模与第n+3个纵模相重合，采样光频率4能够通过。 

从图4中我们可以看出，第n个纵模的频率仅仅只漂移了很小的量值，系统的采样光频率就已经跨越了很大的范围。这个特点决定了本实用新型所需要的腔长调谐量值非常的小，因而可以采用电光调制等技术，避免了使用活动部件。 

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种应用于光纤通信的光谱分析系统，其特征在于：包括：

入射准直透镜(1)，用于将待测的入射光耦合入光纤；

可调谐F-P干涉仪(2)，其通过调谐腔长让来自所述入射准直透镜的光波部分通过；

F-P标准具(3)，用于提取来自所述可调谐F-P干涉仪(2)中特定频率的光波；

用于隔离反射光的第一光纤环行器(4)，位于可调谐F-P干涉仪(2)和F-P标准具(3)之间，用于接收来自可调谐F-P干涉仪(2)的光波；

第二光纤环行器(5)，此第二光纤环行器(5)输入端口与所述F-P标准具(3)之间传输光波；

功率测量模块(6)，将来自第二光纤环行器(5)第一输出端口光波转化为电信号并计算光功率，采样并储存光功率数据；

稳频光源(7)，用于提供一稳频基准光波；

波长解调模块(8)，将来自第二光纤环行器(5)第二输出端口光波转化为电信号并计算稳频光源(7)所发出的光波穿过整个系统后的光功率，从光功率数据中解调得到波长数据；

光带阻滤波器(9)，位于所述第二光纤环行器(5)和功率测量模块(6)之间，其阻带与待测光波的频率范围错开，用于将来自稳频光源(7)发出的光波反射；

光纤耦合器(10)，将来自所述稳频光源(7)发出的光波和待测光波叠加后传输到所述可调谐F-P干涉仪(2)。

2.根据权利要求1所述光谱分析系统，其特征在于：位于所述功率测量模块(6)前端为第一光电二极管(11)，其用于将光波转化为电信号；

位于波长解调模块(8)前端为第二光电二极管(12)，其用于将光波转化为电信号。 

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