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光譜儀的分類
作者:admin 發布日期:2022/4/28 關注次數: 二維碼分享

光譜儀是光通信中最為常用的儀器之一,從內部結構上講,商用光譜分析儀主要有三種類型:

第一種是基于衍射光柵型光譜儀,是目前最為常見的類型;

第二種是基于邁克爾遜干涉儀的光譜分析儀,該類型的光譜儀也被稱為多波長計;

第三種是基于F-P型干涉的光譜儀。


光柵型光譜儀概述

光柵型光譜儀內部結構如圖1和圖2所示,其中衍射光柵(DiffractionGrating)起到可調諧光濾波器的作用,其原理與可見光經過三棱鏡后出現彩色光的原理近似。


陜西光譜儀


由于三棱鏡的色散能力(或者講折射率隨波長的變化幅度)有限,所以在光譜儀設計中用光柵來代替,從而取得更高的分辨能力。其中光的波長與光經過光柵反射(或透射,依賴光譜儀的設計,目前以反射型光柵設計居多)后的衍射角度成正比,通過測試不同角度的光的功率,從而得到不同波長的光的光譜分布。光電探測器通過AD轉換,數字信號處理并顯示得到光譜曲線。

 衍射光柵型光譜儀結構圖

圖2 衍射光柵型光譜儀結構圖

光柵型光譜儀具有很好的功率參數,即高的動態范圍和OSNR測試能力,光柵型光譜儀已成為目前應用最為廣泛、商業最為成功的儀表。

基于邁克爾遜干涉儀的光譜分析儀(多波長計)

其核心部分是一個邁克爾遜干涉儀(Michelson Interferometer).輸入光經過光分束器后分成兩路,一路光程固定,另外一路光程可變,這兩路光合到一起后,會形成干涉圖樣。通過快速傅立葉變換,可以將時域的干涉圖樣轉換為光譜圖形。

邁克爾遜干涉儀具有很好的波長分辨率,例如2016年2月發布的著名的引力波觀察結果,其核心測量部分LIGO是基于干涉的原理。LIGO在4KM的臂長上,可以觀察1-2個原子直徑的長度變化。

由于基于邁克爾遜干涉儀的光譜儀具有非常好的波長參數,所以也被俗稱為多波長計。波長不確定度可以到1ppm,甚至到0.2ppm,折算到1550nm激光,波長不確定度值為±0.0015nm(1ppm)或±0.0003nm (0.2ppm)。


基于F-P型干涉的光譜儀

F-P型光譜儀結構是由兩個部分透射的反射鏡精確準直,從而形成反射型腔而構成

在F-P腔干涉中相加的波長將會被透射,而相消的信號不透射。改變F-P的腔長,可以得到光譜信息。

F-P型光譜儀利用光學的方法可以獲得很高的分辨率,被廣泛用在諸如激光器線寬的分析應用中。而在波分系統測試中,則一般較少采用。


波分系統測試中波長精度的再討論

多年以來,業界對于波長計的波長測試精度深信不疑,普遍認為波長計的波長測試精度應遠高于光柵型光譜儀。然而隨著通訊系統速率的提升,這一觀點需要重新審視,慎重對待。下一期我們將討論高速通信系統中波長精確測量的問題。

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