專利名稱：一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，屬光纖光柵光譜儀技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光譜檢測(cè)廣泛的應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中。目前，公知的光譜儀是由棱鏡或衍射光柵，同時(shí)配合光電探測(cè)器等部件構(gòu)成。目前普遍使用的光柵光譜儀利用棱鏡或衍射光柵的色散作用，使得不同波長(zhǎng)的譜線在位置上彼此分開，照射到光電探測(cè)器上，得到入射光的光譜?？梢跃哂休^寬的光譜范圍。由于設(shè)計(jì)中光路的需求，儀器的體積較大，成本較高，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)不能個(gè)性化的選擇高精度的測(cè)量區(qū)間，如煙臺(tái)東方分析儀器有限公司生產(chǎn)的DF-100E直讀光譜儀即屬于此列。因此迫切的需要一種簡(jiǎn)單易行的方法來(lái)解決上述問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的光譜儀所存在的缺陷和不足，本實(shí)用新型提供一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，該光譜儀不僅能測(cè)出被測(cè)光的光譜，而且能方便地在設(shè)計(jì)制作時(shí)根據(jù)需要個(gè)性化的選擇高精度的測(cè)量區(qū)間，同時(shí)儀器體積較小，成本低。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，包括待測(cè)光源、光調(diào)制器、2X2光纖耦合器、光纖光柵組、光電探測(cè)器、信號(hào)整形和放大電路及數(shù)據(jù)采集和處理裝置，其特征在于光調(diào)制器位于待測(cè)光源的后面，光調(diào)制器后面經(jīng)光纖和2X2光纖耦合器的一個(gè)輸入端相連接；2X2光纖耦合器的一個(gè)輸出端經(jīng)光纖和光纖光柵組相連接，另一個(gè)輸出端經(jīng)光纖連接到光電探測(cè)器上；2X2光纖耦合器的另一個(gè)輸入端經(jīng)光纖連接到光電探測(cè)器上；光電探測(cè)器輸出端連接到信號(hào)整形和放大電路，信號(hào)整形和放大電路輸出端連接到數(shù)據(jù)采集和處理裝置的接口上，由光電探測(cè)器送出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置上進(jìn)行信號(hào)處理。所述的光電探測(cè)器是響應(yīng)時(shí)間較短的光電二極管。所述的數(shù)據(jù)采集和處理裝置是單片機(jī)或是計(jì)算機(jī)。所述的光纖光柵組是由不同中心反射波長(zhǎng)的光纖光柵經(jīng)光纖串連連接而成。本實(shí)用新型中的光路傳輸過(guò)程為待測(cè)光源通過(guò)光調(diào)制器使得進(jìn)入光路的是一個(gè)光脈沖，光脈沖經(jīng)過(guò)一個(gè)2X2的光纖耦合器之后，光分成兩路，一路進(jìn)入到光電探測(cè)器中， 由數(shù)據(jù)采集和處理裝置采集時(shí)間數(shù)據(jù)；一路進(jìn)入到光纖光柵組中，不同波長(zhǎng)成分的光先后經(jīng)過(guò)經(jīng)相應(yīng)的中心反射波長(zhǎng)的光纖光柵反射后沿原光路返回，經(jīng)2X2的光纖耦合器后輸出到光電探測(cè)器中完成光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)信號(hào)整形和放大電路對(duì)信號(hào)加以必要的預(yù)處理。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集和處理裝置計(jì)算不同波長(zhǎng)光的返回時(shí)間差，同時(shí)對(duì)照光纖光柵組在光纖中的位置完成待測(cè)光源的波長(zhǎng)成分的檢測(cè)。檢測(cè)波長(zhǎng)成分的同時(shí)，對(duì)不同波長(zhǎng)的光成分進(jìn)行系統(tǒng)的傳輸損耗修正和探測(cè)器響應(yīng)修正，得出出射光的光強(qiáng)，繪制出完整的光譜圖。[0010]本實(shí)用新型的工作原理如下利用光纖光柵對(duì)不同波長(zhǎng)的光選擇性反射特性，可以制作多組光纖光柵排成光纖光柵組，光纖光柵之間輔以必要的光纖連接，以使得先后反射的光在到達(dá)光電探測(cè)器時(shí)可以分辨，使待測(cè)光從光纖光柵組中通過(guò)，若光中含有的波長(zhǎng)成分符合通過(guò)的光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)，則反射，沿原光路返回，其他波長(zhǎng)成分的光繼續(xù)傳播，繼而直到所有符合光纖光柵組中光柵中心反射波長(zhǎng)的波長(zhǎng)成分的光均被反射從光路返回為止。而每個(gè)光纖光柵的位置信息已知，通過(guò)記錄待測(cè)光進(jìn)入光纖光柵組的時(shí)間和反射回的光的時(shí)間，得出傳播時(shí)間差A(yù)t =，進(jìn)而可通過(guò)光的傳播速度和時(shí)間差的關(guān)系由以下公式計(jì)算出該反射光傳播距離L = (3Δ72，再對(duì)照光纖光柵組得出具體由哪個(gè)光纖光柵反射，進(jìn)而得出該反射光的波長(zhǎng)。同時(shí)根據(jù)光在光路中傳播的損耗情況，對(duì)光電探測(cè)器接收到的光強(qiáng)進(jìn)行修正，進(jìn)而得到按照波長(zhǎng)展開的光強(qiáng)分布，即待測(cè)光的光譜。光纖光柵最顯著的就是其自身的反射效應(yīng)。我們知道，光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)可表示為λ8 = 2nrffA。式中，Λ是光柵周期，nrff是光柵區(qū)得有效折射率。而現(xiàn)有的工藝條件下，光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)帶寬可以縮小到0. Inm左右。[0011]在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可以在光纖傳輸損耗較小的波段1200nm-1600nm之間進(jìn)行廣譜的光譜儀設(shè)計(jì)，也可以根據(jù)實(shí)際的需要在該波段內(nèi)個(gè)性化的選擇需要高精度測(cè)量的區(qū)間。[0012]本實(shí)用新型的有益效果是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理可行，可以在在測(cè)量區(qū)間內(nèi)大幅度提高測(cè)量精度，有效的控制光譜儀的儀器體積和成本。


[0013]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中[0015]1、待測(cè)光源；2、光調(diào)制器；3、2X2光纖耦合器；4、光纖；5、光纖光柵組；6、光纖； 7、光纖；8、光纖；9、光電探測(cè)器；10、信號(hào)整形和放大電路；11、數(shù)據(jù)采集和處理裝置。
具體實(shí)施方式
[0016]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。[0017]實(shí)施例1:[0018]本實(shí)用新型實(shí)施例1如圖1所示，一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，包括待測(cè)光源1、光調(diào)制器2、2X2光纖耦合器3、光纖光柵組5、光電探測(cè)器9、信號(hào)整形和放大電路10、數(shù)據(jù)采集和處理裝置11，其特征在于光調(diào)制器2位于待測(cè)光源1的后面，光調(diào)制器 2后面經(jīng)光纖和2 X 2光纖耦合器3的一個(gè)輸入端相連接；2 X 2光纖耦合器3的一個(gè)輸出端經(jīng)光纖8連接到光電探測(cè)器9上，另一個(gè)輸出端經(jīng)光纖4和光纖光柵組5相連接；2X2光纖耦合器3的另一個(gè)輸入端經(jīng)光纖7連接到光電探測(cè)器9上，光電探測(cè)器9輸出端連接到信號(hào)整形和放大電路10上，信號(hào)整形和放大電路10輸出端連接到數(shù)據(jù)采集和處理裝置11 的接口上，由光電探測(cè)器9送出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置 11上進(jìn)行信號(hào)處理。[0019]所述的數(shù)據(jù)采集和處理裝置11是單片機(jī)。[0020]所述的光電探測(cè)器9是響應(yīng)時(shí)間較短的光電二極管。[0021]所述的光纖光柵組5是由不同中心反射波長(zhǎng)的光纖光柵經(jīng)光纖串連連接而成。實(shí)施例2 和實(shí)施例1相同，只是所述的數(shù)據(jù)采集和處理裝置11是計(jì)算機(jī)。
權(quán)利要求1.一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，包括待測(cè)光源、光調(diào)制器、2X2光纖耦合器、光纖光柵組、光電探測(cè)器、信號(hào)整形和放大電路及數(shù)據(jù)采集和處理裝置，其特征在于光調(diào)制器位于待測(cè)光源的后面，光調(diào)制器后面經(jīng)光纖和2X2光纖耦合器的一個(gè)輸入端相連接；2X2光纖耦合器的一個(gè)輸出端經(jīng)光纖和光纖光柵組相連接，另一個(gè)輸出端經(jīng)光纖連接到光電探測(cè)器上；2X2光纖耦合器的另一個(gè)輸入端經(jīng)光纖連接到光電探測(cè)器上；光電探測(cè)器輸出端連接到信號(hào)整形和放大電路，信號(hào)整形和放大電路輸出端連接到數(shù)據(jù)采集和處理裝置的接口上，由光電探測(cè)器送出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置上進(jìn)行信號(hào)處理。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，其特征在于所述的光電探測(cè)器是響應(yīng)時(shí)間較短的光電二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集和處理裝置是單片機(jī)或是計(jì)算機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，其特征在于所述的光纖光柵組是由不同中心反射波長(zhǎng)的光纖光柵經(jīng)光纖串連連接而成。
專利摘要一種基于光纖光柵時(shí)域反射技術(shù)的光譜儀，屬光纖光柵光譜儀技術(shù)領(lǐng)域，包括待測(cè)光源、光調(diào)制器、數(shù)據(jù)采集和處理裝置等，其特征在于光調(diào)制器位于待測(cè)光源的后面，光調(diào)制器后面經(jīng)光纖和2×2光纖耦合器的一個(gè)輸入端相連接；2×2光纖耦合器的一個(gè)輸出端經(jīng)光纖和光纖光柵組相連接，另一個(gè)輸出端經(jīng)光纖連接到光電探測(cè)器上；2×2光纖耦合器的另一個(gè)輸入端經(jīng)光纖連接到光電探測(cè)器上；光電探測(cè)器輸出端連接到信號(hào)整形和放大電路，信號(hào)整形和放大電路輸出端連接到數(shù)據(jù)采集和處理裝置的接口上，由光電探測(cè)器送出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置上進(jìn)行信號(hào)處理。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、體積小、成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J3/18GK202255625SQ20112038046
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者劉永寧, 孫兆宗, 常軍, 王照勇, 黃越 申請(qǐng)人:山東大學(xué)