[发明专利]一种使用线偏振光的高灵敏度大动态声光频谱分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及声光频谱分析技术，特别涉及一种使用线偏振光的高灵敏度大动态声光频谱分析仪，属于光电技术领域。

 

背景技术

声光频谱分析仪具有瞬时带宽宽，频率分辨率高，分离同时到达信号能力强，能处理多种形式信号的优点，其主要缺点是动态范围不够大。动态范围是频谱分析系统相当重要的性能指标，在许多应用场合都需要超过40dB的动态响应。目前随着光电检测技术的飞速发展，光敏元件对微弱光信号的探知能力大幅提高，若系统背景光噪声减小，便可加强对微弱信号的提取能力，大大改善系统探测灵敏度，扩大捕获信号的动态范围。因此，除了改进相关部件性能外，有效抑制和处理声光频谱分析仪光路系统的背景杂散光，对改善其动态范围指标至关重要。

例如，2006年6月出版的《压电与声光》（第28卷 第3期 P269~271）公开的“基于Bragg衍射的声光频谱分析仪”提出了利用Bragg声光偏转器对电磁频谱进行分析的技术路线，适用于现代电子信号实时分析技术。1998年12月出版的《发光学报》（第19卷 第4期 P352~355）公开的“信道化声光外差频谱分析仪”采用信道化声光外差探测方法，增加系统动态范围。但是，传统的声光频谱分析仪存在以下主要缺点：

1．声光频谱分析仪必须满足大带宽、高工作频率。声光频谱分析仪的核心部件——Bragg声光偏转器难以兼顾大工作带宽和高衍射效率。当声光偏转器工作于1GHz以上的高频段时，其衍射效率急剧下降，使信号光变得极其微弱，系统探测能力很差。基本结构的声光频谱分析仪，要工作于1GHz以上，满足500MHz甚至1GHz的带宽应用要求时，根本无法实现较高的检测灵敏度，满足大动态范围响应。

2．为了改善动态范围指标，传统做法是采用复杂结构的干涉型（外差）声光频谱分析仪。这种系统结构极其复杂，稳定性差，特别是此种设计必须处理高频多信道输出信号，这对光电检测器件和后处理电路都要求极高，系统达到1GHz以上的高工作频率时已经难以实现。

总之，传统的Bragg声光频谱分析仪严重影响了其在工程上的推广应用，迫切需要改进其不能同时兼顾大带宽、高灵敏度和大动态范围等技术指标的缺陷。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种使用线偏振光的新型Bragg声光频谱分析仪，本声光频谱分析仪同时具备大带宽、高灵敏度和大动态范围的卓越性能。

本发明解决上述问题的技术手段是这样的：

一种使用线偏振光的高灵敏度大动态声光频谱分析仪，它包括激光器、声光偏转器、凸透镜、光电检测器和数据处理模块，其特征在于：所述激光器为输出偏振光的激光器，在激光器和声光偏转器之间设有准直扩束器和柱面镜Ⅰ，在声光偏转器和凸透镜之间设有柱面镜Ⅱ，在凸透镜和光电检测器之间设有偏振器Ⅱ；声光偏转器位于柱面镜Ⅰ与柱面镜Ⅱ之间，并在两柱面镜的焦线位置上，柱面镜Ⅰ与柱面镜Ⅱ参数一致；所述声光偏转器工作于布喇格衍射模式，其一级衍射光偏振方向与非衍射光偏振方向相互垂直，偏振器Ⅱ的透光轴与一级衍射光偏振方向平行，与非衍射光偏振方向垂直。声光偏转器及其前面的光学部件位于激光器输出光轴上，声光偏转器之后的光学部件位于其一级衍射光光轴上。

进一步地，在激光器和准直扩束器之间设有偏振器Ⅰ，偏振器Ⅰ的透光轴与激光器输出光偏振方向平行而与偏振器Ⅱ透光轴垂直，利用其高消光比提高出射光源的偏振度，确保信号光路中的背景杂散光被偏振器Ⅱ有效拦截。

本发明的有益效果：1、捕获信号频带范围宽；2、检测灵敏度高；3、检测动态范围大；4、能实时处理并行信号，适应能力强。因此本声光频谱分析仪可满足复杂环境下对任意电磁波频谱实时捕获分析的应用需求。

 

附图说明  

图1--本发明结构原理框图。

图2--传统声光频谱分析仪输出小信号及噪底图。

图3--本发明声光频谱分析仪输出信号及噪底图。

图4—本发明声光频谱分析仪输出小信号及噪底放大图。

图1中，1-激光器；2-偏振器Ⅰ；3-准直扩束器；4-柱面镜Ⅰ；5-声光偏转器；6-柱面镜Ⅱ；7-凸透镜；8-偏振器Ⅱ；9-光电检测器；10-数据处理模块。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。