[发明专利]基于光纤色散的脉冲光谱仪及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光纤色散的脉冲光谱仪及测量方法，更具体地说属于一种适用于测量脉冲光谱信号的光谱仪及测量方法。

背景技术

光谱测量的应用越来越普遍，以脉冲激光为光源的脉冲光谱信号测量有广泛的需求。已有的光谱仪多采用以下方法或结构：

1.光谱分光器件选用光栅，常见结构有单光栅、双光栅、三光栅型。为了实现光谱分光的目的，还需要狭缝、反射镜等匹配的光学器件和专门设计的光路。光谱分辨率主要由光栅的结构参数和光电传感器的光敏面尺寸决定，一旦定型就难以改变。因此，这种方法缺点是光学系统复杂、光学系统稳定性要求高、光谱分辨率难以调整，设备对外部环境的干扰较为敏感。

2.光栅摄谱仪中的光电传感器采用CCD线阵或面阵、ICCD面阵。线阵和面阵传感器一次可以测量整个光谱，光谱分辨率较好。CCD器件缺点是噪声大，积分时间长，不适合脉冲信号测量。ICCD器件缺点是噪声大，有时间门控的ICCD虽然可以测量脉冲信号，但是门控时间调节范围有限。

3.扫描式单色仪中采用光电倍增管。光电倍增管具有灵敏度高、响应时间快的优点，但是进行光谱测量要匹配的机械扫描部件；由于光谱测量周期较长，不适合同时测量瞬间变化光脉冲的整个光谱。

以上方法和结构有局限性，难以进行脉冲光谱信号的快速、高灵敏度、光谱分辨率可灵活调整的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤色散的脉冲光谱仪及测量方法，用于脉冲光信号的光谱测量，具有结构简单、对工作条件要求较低、测量灵敏度高、光谱分辨率可以灵活调整的特点，可以弥补已有技术的不足。

由于光纤的材料色散，不同光波长(λ₁，λ₂，...，λ_n)对应的折射率不同，分别为(n₁，n₂，...，n_n)。真空中的光速为c，由式(1)

Ti=Lcni,i=1,2,...,n---(1)]]>

可以得到不同波长的光脉冲通过长度为L的光纤的时间Ti。根据(1)式，相邻的波长为(λ_k，λ_k+1)的光脉冲经过长度为L的光纤的时间差异可由式(2)

ΔT=(1nk-1nk+1)Lc,---(2)]]>

计算出。由此，可以测量出不同时间序列对应的不同波长的脉冲光谱信号。光谱仪的光谱分辨率可以通过两种方式调整：

1.光纤长度L固定，提高数据采集电路的采样时间间隔，可以提高光谱分辨率数据；

2.采集电路的采样时间间隔固定，增加光纤长度L，可以提高光谱分辨率。