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光谱仪的分类
作者:admin 发布日期:2017/8/28 关注次数: 二维码分享

光谱仪是光通信中最为常用的仪器之一,从内部结构上讲,商用光谱分析仪主要有三种类型:

第一种是基于衍射光栅型光谱仪,是目前最为常见的类型;

第二种是基于迈克尔逊干涉仪的光谱分析仪,该类型的光谱仪也被称为多波长计;

第三种是基于F-P型干涉的光谱仪。


光栅型光谱仪概述

光栅型光谱仪内部结构如图1和图2所示,其中衍射光栅(DiffractionGrating)起到可调谐光滤波器的作用,其原理与可见光经过三棱镜后出现彩色光的原理近似。


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由于三棱镜的色散能力(或者讲折射率随波长的变化幅度)有限,所以在光谱仪设计中用光栅来代替,从而取得更高的分辨能力。其中光的波长与光经过光栅反射(或透射,依赖光谱仪的设计,目前以反射型光栅设计居多)后的衍射角度成正比,通过测试不同角度的光的功率,从而得到不同波长的光的光谱分布。光电探测器通过AD转换,数字信号处理并显示得到光谱曲线。

 衍射光栅型光谱仪结构图

图2 衍射光栅型光谱仪结构图

光栅型光谱仪具有很好的功率参数,即高的动态范围和OSNR测试能力,光栅型光谱仪已成为目前应用最为广泛、商业最为成功的仪表。

基于迈克尔逊干涉仪的光谱分析仪(多波长计)

其核心部分是一个迈克尔逊干涉仪(Michelson Interferometer).输入光经过光分束器后分成两路,一路光程固定,另外一路光程可变,这两路光合到一起后,会形成干涉图样。通过快速傅立叶变换,可以将时域的干涉图样转换为光谱图形。

迈克尔逊干涉仪具有很好的波长分辨率,例如2016年2月发布的著名的引力波观察结果,其核心测量部分LIGO是基于干涉的原理。LIGO在4KM的臂长上,可以观察1-2个原子直径的长度变化。

由于基于迈克尔逊干涉仪的光谱仪具有非常好的波长参数,所以也被俗称为多波长计。波长不确定度可以到1ppm,甚至到0.2ppm,折算到1550nm激光,波长不确定度值为±0.0015nm(1ppm)或±0.0003nm (0.2ppm)。


基于F-P型干涉的光谱仪

F-P型光谱仪结构是由两个部分透射的反射镜精确准直,从而形成反射型腔而构成

在F-P腔干涉中相加的波长将会被透射,而相消的信号不透射。改变F-P的腔长,可以得到光谱信息。

F-P型光谱仪利用光学的方法可以获得很高的分辨率,被广泛用在诸如激光器线宽的分析应用中。而在波分系统测试中,则一般较少采用。


波分系统测试中波长精度的再讨论

多年以来,业界对于波长计的波长测试精度深信不疑,普遍认为波长计的波长测试精度应远高于光栅型光谱仪。然而随着通讯系统速率的提升,这一观点需要重新审视,慎重对待。下一期我们将讨论高速通信系统中波长精确测量的问题。

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