[发明专利]全光纤法布里-珀罗型傅里叶变换激光光谱测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种全光纤法布里-珀罗型傅里叶变换激光光谱测量装置，包括光源和其光路上的透镜、反射面和光电接收器，以及与反射面连接的压电陶瓷(6)及其驱动源，其特征在于：

(a)所说光源为参考光源(1)和测试光源(9)，

所说参考光源(1)的光路上依次置有参考光隔离器(2)、参考光透镜(3)、参考光光纤耦合器(4)、单模光纤(5)、参考光滤光片(12)和参考光光电探测部件(13)，所说参考光光纤耦合器(4)经其输入端面(401)与所说参考光透镜(3)光连接、经其第一输出端面(403)与所说单模光纤(5)的第一端面(501)光连接、经其干涉信号第二输出端面(402)与所说参考光滤光片(12)光连接，

所说测试光源(9)的光路上依次置有测试光隔离器(10)、测试光透镜(11)、测试光光纤耦合器(8)、单模光纤(5)、测试光滤光片(14)和测试光光电探测部件(15)，所说测试光光纤耦合器(8)经其输入端面(801)与所说测试光透镜(11)光连接、经其第三输出端面(803)与所说单模光纤(5)的第二端面(502)光连接、经其干涉信号第四输出端面(802)与所说测试光滤光片(14)光连接；

(b)所说压电陶瓷(6)与所说单模光纤(5)固定连接，所说压电陶瓷驱动源为压电陶瓷控制器(7)，所说压电陶瓷控制器(7)的输出端与所说压电陶瓷(6)电连接；

(c)所说光谱测量装置还包括一个信号处理与控制部件(16)，所说信号处理与控制部件(16)含有电连接的模/数变换采集器、数/模转换器和微机，所说模/数变换采集器的输入端与所说参考光光电探测部件(13)、测试光光电探测部件(15)的输出端电连接，所说数/模转换器的输出端与所说压电陶瓷控制器(7)的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的全光纤法布里-珀罗型傅里叶变换激光光谱测量装置，其特征是参考光源(1)为固体激光器或He-Ne激光器或半导体激光器，测试光源(9)为发光二极管或半导体激光器或掺铒光纤放大自发辐射光源。

3.根据权利要求1所述的全光纤法布里-珀罗型傅里叶变换激光光谱测量装置，其特征是参考光隔离器(2)和测试光隔离器(10)均由其光轴上依次置有的楔形双折射晶体(P1)、法拉第旋转器(FR)和楔形双折射晶体(P2)构成，其中，楔形双折射晶体(P1)和楔形双折射晶体(P2)间的光轴夹角为45度。

4.根据权利要求1所述的全光纤法布里-珀罗型傅里叶变换激光光谱测量装置，其特征是参考光光纤耦合器(4)和测试光光纤耦合器(8)均为单模光纤耦合器。

5.根据权利要求1所述的全光纤法布里-珀罗型傅里叶变换激光光谱测量装置，其特征是参考光光纤耦合器(4)的第一输出端面(403)与单模光纤(5)的第一端面(501)的平行度公差≤0.01度、两者的间距为10～100μm，测试光光纤耦合器(8)的第三输出端面(803)与单模光纤(5)的第二端面(502)的平行度公差≤0.01度、两者的间距为10～100μm。

6.根据权利要求1所述的全光纤法布里-珀罗型傅里叶变换激光光谱测量装置，其特征是压电陶瓷(6)的位移量调节范围为1～100μm。

7.根据权利要求1所述的全光纤法布里-珀罗型傅里叶变换激光光谱测量装置，其特征是参考光滤光片(12)为滤去测试光及杂散光，通过参考光的滤光片，测试光滤光片(14)为滤去参考光及杂散光，通过测试光的滤光片。

8.根据权利要求1所述的全光纤法布里-珀罗型傅里叶变换激光光谱测量装置，其特征是参考光光电探测部件(13)和测试光光电探测部件(15)均含有依次电连接的光电探测器和前置放大器。

9.根据权利要求8所述的全光纤法布里-珀罗型傅里叶变换激光光谱测量装置，其特征是光电探测器为光敏电阻或光电二极管或光电倍增管。

10.根据权利要求1所述的全光纤法布里-珀罗型傅里叶变换激光光谱测量装置的测量方法，包括光源的发光、F-P腔长的调节和输出干涉光，其特征在于所说方法包含以下步骤：

(a)设定F-P腔长的调节范围和精度；

(b)开启参考光源，根据设定的F-P腔长的调节范围和精度调节由参考光光纤耦合器的第一输出端面与单模光纤的第一端面构成的F-P腔长，由参考光光电探测部件获得参考光干涉信号，并由此建立起参考光干涉信号与数学表达式：I_R＝2R(1-cosφ)I₀＝A+Bcosφ间对应的定标关系，数学表达中，A＝2RI₀为干涉信号的直流部分、B＝-2RI₀为干涉信号交流部分的振幅、I₀为入射参考光的强度、R为单模光纤端面的反射率、φ＝(4π/λ)nL为光学相位，其中的λ为光源波长、n为单模光纤的折射率、L为法布里-珀罗腔长；

(c)开启测试光源，由测试光光电探测部件获得测试光干涉信号，并根据定标数学表达式：I_r＝2R(1-cosφ)I₀＝A+Bcosφ来对测试光干涉信号进行处理，定标数学表达式中，A＝2RI₀为干涉信号的直流部分、B＝-2RI₀为干涉信号交流部分的振幅、I₀为入射测试光的强度、R为单模光纤端面的反射率、φ＝(4π/λ)nL为光学相位，其中的λ为光源波长，n为单模光纤的折射率，L为法布里-珀罗腔长；

(d)先对测试光干涉信号进行隔直放大，并利用参考光的干涉图来测量测试光在测试光路上的光程差，再在参考光的过零点对测试光的干涉图进行采样，采样间隔为半个参考光波长；

(e)对采样的测试光干涉图进行切趾处理、相位校正和快速傅立叶变换，得到测试光的光谱。