[发明专利]声光可调谐滤波器级联色散系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种色散系统，具体涉及的是声光可调谐滤波器级联色散系统。 

背景技术

声光可调谐滤波器(Acousto-optic Tunable Filter，AOTF)是根据声光效应原理制成的分光器件，具有对光进行调制、带宽滤波输出的特性。 

声光相互作用可用经典力学来描述，也可用量子力学来描述。当一列由射频信号经换能器转换的高频声波在一个光学弹性介质（声光晶体）中传播时，晶体内部的晶格会在声波的作用下发生局部的压缩或膨胀，这种晶体内部有规律的应力变化使得晶体内部各处的光学折射率产生周期性变化类似于形成了空间光栅。光波在声致光栅的作用下将发生衍射现象。 

基于上述声光效应的原理，当一束复色光通过一个高频振动的声光晶体时，某一波长的窄带光将会在晶体内部产生衍射，偏离一定角度从晶体中透射出来，未发生衍射的复色光则沿原光线传播方向直接透射过晶体，由此达到分光的目的。当输入射频信号频率改变时，高频声波波长改变，可透射窄带光的波长也相应改变，这是AOTF分光的基本原理。AOTF器件结构是由晶体和键合在其上的换能器构成，换能器将高频RF驱动电信号（一般约为几十兆赫至二百兆赫之间）转换为在晶体内的超声波振动，超声波对声光介质产生了空间周期性的调制，其作用类似于衍射光栅。当入射光照射到此光栅后将产生衍射，其衍射光的波长与高频驱动电信号的频率有着对应的关系。因此，只要改变RF驱动信号的频率，即可改变衍射光的波长，进而达到了分光的目的。当连续或不连续改变RF驱动信号同时测量由AOTF偏离的光信号强度。最终可将RF频率与光波长对应起来，获得该波段的光谱。目前的技术水平已实现多个射频频率作用于AOTF器件实现分立多波长光的共线输出。 

目前采用AOTF器件及技术的光谱测量系统，通过采用连续变化射频信号驱动AOTF器件实现波长连续变化的窄带光选择输出。通过探测器测量连续变化的各窄带光信号强度实现全光谱测量。射频变换为声波信号后在声光晶体中形成周期性折射率改变的作用时间（即声波穿越晶体的时间），限制了光谱单点信号采集速度，不可避免的存在目标谱段光谱测量相对较慢的问题。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供声光可调谐滤波器级联色散系统，将由多个射频信号驱动的声光可调谐滤波器共线输出多波长光分离。 

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现： 

声光可调谐滤波器级联色散系统，包括第一光学系统，所述第一光学系统将光传输至声光可调谐滤波器，所述声光可调谐滤波器与精密射频驱动器连接，所述声光可调谐滤波器将光传输至第二光学系统，所述第二光学系统将光传输至二级色散元件，所述二级色散元件将光传输至第三光学系统。

进一步的，所述第一光学系统包括第一光阑、起偏器、第一准直透镜、第二光阑和第一聚焦透镜，所述第一光阑、所述起偏器、所述第一准直透镜、所述第二光阑和所述第一聚焦透镜中心在同一轴线上，所述第一光阑和所述第二光阑为小孔光阑或狭缝。 

进一步的，所述第二光学系统包括0级光遮挡片、第三光阑、第二准直透镜和第四光阑，所述第三光阑和所述第四光阑为小孔光阑或狭缝。 

进一步的，所述第三光学系统包括第五光阑和第二聚焦透镜，所述第五光阑为小孔光阑或狭缝。 

进一步的，所述二级色散元件为棱镜或光栅。 

本发明的有益效果是: 

本发明组成的光谱探测系统可实现多个波段光信号的并行测量，缩短了直接应用声光可调谐滤波方法选择窄带单色光测量色散区间内光谱的时间，本发明系统的后端可采用PMT、APD等高灵敏高速响应器件作为光信号探测器与线阵CCD相比具有更高的信号灵敏度，同时采用本发明方法的光谱测量时间亦达到了光纤光谱仪的技术水平。

附图说明

图1为本发明的系统结构框架图； 

图2为本发明中声光可调谐滤波器级联分光原理图；

图3为声光可调谐滤波器级联色散实现过程框图。

图中标号说明：1、第一光学系统，2、第二光学系统，3、第三光学系统，11、声光可调谐滤波器，12、精密射频驱动器，13、二级色散元件，21、第一光阑，22、起偏器，23、第一准直透镜，24、第二光阑，25、第一聚焦透镜，31、0级光遮挡片，32、第三光阑，33、第二准直透镜，34、第四光阑，41、第五光阑，42、第二聚焦透镜。 

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。