專利名稱：一種光譜測量儀及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光語測量儀及其測量方法，尤其涉及一種專用于特定波 段的便攜式光譜測量儀及其測量方法。
背景技術(shù)：
對于各種光器件而言，光學(xué)性能不言而喻是很重要的衡量指標(biāo)。在各種 光器件的指標(biāo)書中，無一例外的有光學(xué)性能指標(biāo)。例如光可調(diào)衰減器件，摻 鉺光纖放大器件在使用前均需先定標(biāo)測試。這個定標(biāo)過程就需要光譜儀的協(xié)助。
在通信領(lǐng)域光傳輸系統(tǒng)中，密集波分復(fù)用(Dense Wavelength-Division Multiplexing,簡稱DWDM)技術(shù)是一種寬帶光傳輸技術(shù)，它將多^各不同波 長的光信號復(fù)用起來傳輸，傳輸后再解復(fù)出多路光信號，送入不同的通信終 端。即在一根物理光纖上提供多個虛擬的光纖通道，從而節(jié)省大量的光纖資源。
在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中，主光通道參考點復(fù)用段各通道的性能是系統(tǒng)的 重要參數(shù)，所述主光通道性能包括單通道光功率譜，中心光波長，光信噪比 (Optical Signal Noise Ratio,簡稱OSNR)，它們體現(xiàn)了單信道傳輸性能， 對提高系統(tǒng)復(fù)用段性能具有重要的意義。而這些參數(shù)性能量的取得，需要借 助于光譜儀的幫助。
上面闡述了光學(xué)性能指標(biāo)在光傳輸系統(tǒng)和光學(xué)研究的重要性，而要研究 這些指標(biāo)必須借助于光譜儀。
傳統(tǒng)光譜儀一般由光采集模塊、光4全測器件(photo detector,簡稱PD )、 控制及外圍接口電路模塊和顯示模塊組成。
光采集模塊用于采集光信號，包括入口狹縫、校準(zhǔn)元件、色散元件、聚焦元件、出口狹縫組成。所述入口狹縫，通常是由一個長狹縫組成的入口； 所述校準(zhǔn)元件，用來將所有通過入口狹縫的光保持平行；所述色散元件，用 來改變通過系統(tǒng)的光強(qiáng)度。通常，校準(zhǔn)元件和色散元件由凹面光柵所替代； 聚焦元件用羅蘭圓替代。
光檢測器件，用于將采集的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通常由光電二極管來 實現(xiàn)，也可以用光電倍增管替代。
控制及外圍接口電路模塊，用于將轉(zhuǎn)換為電信號的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號輸出并計算出所述光信號的性能參數(shù)。
所述顯示模塊用于顯示所述光信號的性能參數(shù)。
傳統(tǒng)光譜儀工作原理如下激發(fā)光源的主電路接通之后，主電路發(fā)生高 頻振蕩，被測樣品和電極之間產(chǎn)生火花，樣品經(jīng)光源激發(fā)而發(fā)出的光，經(jīng)聚 光鏡聚光后照射到入口狹縫上，通過入口狹縫的光照射到凹面光柵上，經(jīng)凹 面光柵分光后，產(chǎn)生的語線成像在羅蘭圓上。在選定的波長位置上安裝出口 狹縫，使預(yù)先選定波長的譜線，通過出口狹縫，照在與其對應(yīng)的光電倍增管 光陰極上。光電倍增管在高壓電的作用下，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將照在其陰極上 的光信號變成電信號，即光電流，然后控制及外圍接口電路模塊對檢測到的 電流4莫擬信號進(jìn)4于處理，得到光譜數(shù)字信號。
現(xiàn)有的光譜測量儀，由于其使用的波段廣泛，其具有以下缺點
體積龐大，越是功能強(qiáng)大的光譜儀體積越龐大；
價格昂貴，有時候測試儀器的價格或者租賃儀器價格甚至于超過單板的 或者器件的價格。在海外測試，或者資源匱乏的地方調(diào)試系統(tǒng)時，這個缺點 暴露的尤為明顯；
只能使用普通220V電源，造成現(xiàn)場凌亂。
傳統(tǒng)光譜儀，在使用前，需要先對光謙儀進(jìn)行校準(zhǔn)、設(shè)置，使用復(fù)雜
目前在用的光謙儀尚無專門針對特定波段的小型化便攜式光譜測量儀， 如專門應(yīng)用于密集波分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)展C波段、C波段和L波段的便攜式 光語測量儀。
綜上所述，開發(fā)一種專用于特定波段的便攜式光鐠測量儀顯得尤為必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種專用于特定波段的便攜式光語 測量儀。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種便攜式光譜測量儀，一 種光譜測量儀，包括光采集模塊、光檢測器件、控制及外圍接口電路模塊和
顯示模塊，所述光采集模塊用于采集光信號；所述光^^測器件用于將所述采 集的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述控制及外圍接口電路模塊用于將所述電信號 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并計算出所述光信號的性能參數(shù)；所述顯示模塊用于顯示所 述光信號的性能參數(shù)；光信號依次通過光采集模塊和光檢測器件，所述控制 及外圍接口電路模塊與所述光檢測器件電連接，所述顯示模塊與所述控制及 外圍接口電路模塊與所述光檢測器件電連接；所述光采集模塊包括可調(diào)光濾 波器，所述可調(diào)光濾波器用于采集特定波段的光信號。
進(jìn)一步地，所述可調(diào)光濾波器通過的光波段為密集波分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)展 C波段，所述擴(kuò)展C波段的波長范圍為1528納米至1568納米之間。
進(jìn)一步地，所述可調(diào)光濾波器通過的光波段為L波段，所述L波段的 波長范圍在1570納米至1620納米之間。
進(jìn)一步地，還包括電源轉(zhuǎn)換模塊，所述電源轉(zhuǎn)換才莫塊用于提供電源；所 述電源轉(zhuǎn)換模塊分別與所述光采集模塊、光檢測器件、控制及外圍接口電路 模塊電連接。
進(jìn)一步地，所述電源轉(zhuǎn)換模塊與220V電源、-48V電源或者鋰電池電連接。
進(jìn)一步地，所述顯示模塊為個人計算機(jī)。 進(jìn)一步地，所述顯示模塊為觸摸屏顯示器。
本發(fā)明所要解決的另 一個技術(shù)問題是，提供一種專用于特定波段的光譜 測量方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種光譜測量方法， 一種光譜測 量方法，包括通過可調(diào)光濾波器采集特定波段的光信號；將所述光信號轉(zhuǎn)換為電信號；將所述電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并根據(jù)所述數(shù)字信號計算出所 述光信號的性能參數(shù)。
進(jìn)一步地，所述通過可調(diào)光濾波器采集特定波段的光信號，包括通過可 調(diào)光濾波器采集擴(kuò)展C波段的光信號，所述擴(kuò)展C波段的波長范圍在1528 納米至1568納米之間。
進(jìn)一步地，所述通過可調(diào)光濾波器采集特定波^歐的光信號，包括通過可 調(diào)光濾波器采集L波段的光信號，所述L波段的波長范圍在1570納米至1620 納米之間。
本發(fā)明的便攜式光譜測量儀及其測量方法，由于其專用于某一特定波 段，所以，體積小巧，僅有一本書大小， 一個公文包即可容納；價格低廉； 使用便捷，不需要設(shè)置很多項目，去除了傳統(tǒng)顯示界面上，用不到的功能； 操作簡易，目標(biāo)針對性增強(qiáng)；由于不一定需要普通220V供電，所以在有機(jī) 架的地方就可以使用，可適應(yīng)不同的使用環(huán)境。


圖1是本發(fā)明便攜式光譜儀結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明開發(fā)了 一種專門針對特定波段的模塊化的、便攜式光譜測量儀。 本發(fā)明的光譜測量儀，專門應(yīng)用于特定波段，如密集波分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)展C 波段、用于其它系統(tǒng)的C波段及L波段。
本發(fā)明的便攜式光i普儀在現(xiàn)有密集波分復(fù)用系統(tǒng)或其它C波段及L波 段系統(tǒng)中，既可測量主光通道中各單通道的中心波長、光功率、光信噪比等 光學(xué)性能參數(shù)，也可用于測量單波通道的各項光學(xué)性能參數(shù)；既可依托于密 集波分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)展C波段、其它系統(tǒng)的L波段實現(xiàn)功能，也可以配合 外設(shè)設(shè)備使用，在對外測試的時候尤其方便。
本發(fā)明的特定波段專用便攜式光譜儀的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，其中實心 箭頭表示光路部分，空心箭頭部分表示電學(xué)部分。
7便攜式光譜儀由五部分構(gòu)成光釆集模塊、光檢測器件(Photo Detector, 簡稱PD)、控制及外圍接口電^各模塊(MASTER CONTROL UNIT,簡稱 MCU)、顯示模塊及電源轉(zhuǎn)換模塊。
本發(fā)明的光譜儀與現(xiàn)有技術(shù)的最大區(qū)別在于，光采集模塊的不同。本實 施例的光譜儀采用可調(diào)光濾波器(Tunable Optical Filter,簡稱TOF)，代替 了現(xiàn)有技術(shù)中的校準(zhǔn)元件、色散元件和聚焦元件的功能。可調(diào)光濾波器模塊， 可以根據(jù)需要針對各種波段，預(yù)先集成。由于集成的可調(diào)光濾波器體積小巧， 價格低廉，致使本實施例中的光譜測量儀體積小巧，價格低廉。但同樣是受 可調(diào)光濾波器的限制，只能檢測可調(diào)光濾波器允許通過的波段，例如，可以 是可擴(kuò)展C波段(Extended C-Band ),即波長為1528納米至1568納米之 間的波段范圍；或者是L波段，即波長為1570納米至1620納米之間；或者 是C波段，即波長為1529納米-1561納米之間。也就是，專用于密集波分 復(fù)用系統(tǒng)的便攜式光譜測試儀，其中的光采集模塊為擴(kuò)展C波段可調(diào)光濾 波器；專用于L波段的便攜式光譜測試儀，其中的光采集模塊為L波段可 調(diào)光濾波器。
輸入光經(jīng)過可調(diào)光濾波器，通過可調(diào)光濾波器選擇需要測量波段，然后 進(jìn)入到光檢測器件，光檢測器件將光信號轉(zhuǎn)化為模擬電信號，通過光檢測器 件與控制及外圍接口電路模塊的點連接，將模擬電信號傳送到控制及外圍接 口電路模塊，控制及外圍接口電路模塊將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并對 數(shù)字信號進(jìn)行處理，獲得輸入光的各種性能參數(shù)，搡作者通過搡作與控制及 外圍接口電路模塊電連接的顯示^t塊將各種性能參數(shù)顯示。
所述電源轉(zhuǎn)換模塊分別與光采集模塊、光檢測器件以及控制單元及外圍 接口電路模塊連接，既可以通過電源適配器與普通220V電源連接，也可以 連接-48V電源，或者直接與鋰電池連接，將與之相連的電源轉(zhuǎn)換為上述各 種模塊和器件可以使用的3V或5V的電壓。由于電源轉(zhuǎn)換模塊可以為本實 施例的便攜式光譜儀提供各種方便的電源，使得該光譜儀使用十分方便，在 任何場合均可使用，而無須一定要有普通220V電源。
輸入光纖與光采集模塊通過法蘭盤相連，將光信號傳輸?shù)焦獠杉K； 光^r測器件對特定波段的光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，將處理完成的信號通過通信接口，送到控制及外圍接口電路模塊。
上述各模塊的連接，輸入光纖與光采集模塊的接口釆用法蘭盤連接，其 它各模塊之間通過線纜連接器也就是通信接口相連。
本發(fā)明用個人電腦(Personal Computer,簡稱PC )終端或者觸4莫屏作為 顯示模塊，完成功能菜單切換等人機(jī)交互動作。當(dāng)使用PC終端作為顯示單 元時，通過使用鼠標(biāo)、鍵盤，完成人機(jī)交互，對測量后的光性能參數(shù)進(jìn)行查 詢，例如在不同操作界面顯示功率譜、中心波長、光信噪比。當(dāng)使用觸摸屏 作為顯示單元時，直接在觸摸屏上進(jìn)行人機(jī)交互操作，對測量結(jié)果進(jìn)行查詢。
利用本發(fā)明的光譜測量儀，既可以方便的測量DWDM系統(tǒng)、及L波段 系統(tǒng)主光通道的重要性能參數(shù)，也可以用于各種光學(xué)器件光學(xué)性能參數(shù)的測 量。
權(quán)利要求
1、一種光譜測量儀，包括光采集模塊、光檢測器件、控制及外圍接口電路模塊和顯示模塊，所述光采集模塊用于采集光信號；所述光檢測器件用于將所述采集的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述控制及外圍接口電路模塊用于將所述電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并計算出所述光信號的性能參數(shù)；所述顯示模塊用于顯示所述光信號的性能參數(shù)；光信號依次通過光采集模塊和光檢測器件，所述控制及外圍接口電路模塊與所述光檢測器件電連接，所述顯示模塊與所述控制及外圍接口電路模塊與所述光檢測器件電連接；其特征在于所述光采集模塊包括可調(diào)光濾波器，所述可調(diào)光濾波器用于采集特定波段的光信號。
2、 如權(quán)利要求1所述的光譜測量儀，其特征在于，所述可調(diào)光濾波器 通過的光波段為密集波分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)展C波段，所述擴(kuò)展C波段的波長 范圍為1528納米至1568納米之間。
3、 如權(quán)利要求1所述的光譜測量儀，其特征在于，所述可調(diào)光濾波器 通過的光波段為L波段，所述L波萃更的波長范圍在1570納米至1620納米 之間。
4、 如權(quán)利要求1至3任一所述的光譜測量儀，其特征在于還包括電源轉(zhuǎn)換模塊，所述電源轉(zhuǎn)換模塊用于提供電源；所述電源轉(zhuǎn)換模塊分別與所述光采集模塊、光檢測器件、控制及外圍接 口電路模塊電連接。
5、 如權(quán)利要求4所述的光鐠測量儀，其特征在于所述電源轉(zhuǎn)換模塊 與220V電源、-48V電源或者4里電池電連接。
6、 如權(quán)利要求5所述的光語測量儀，其特征在于所述顯示模塊為個人計算機(jī)。
7、 如權(quán)利要求5所述的光譜測量儀，其特征在于所述顯示模塊為觸 摸屏顯示器。
8、 一種光譜測量方法，包括 通過可調(diào)光濾波器采集特定波段的光信號； 將所述光信號轉(zhuǎn)換為電信號；將所述電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并根據(jù)所述數(shù)字信號計算出所述光信號 的性能參數(shù)。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述通過可調(diào)光濾波器采 集特定波段的光信號，包括通過可調(diào)光濾波器采集擴(kuò)展C波段的光信號， 所述擴(kuò)展C波段的波長范圍在1528納米至1568納米之間。
10、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述通過可調(diào)光濾波器采 集特定波段的光信號，包括通過可調(diào)光濾波器采集L波段的光信號，所述L 波^:的波長范圍在1570納米至1620納米之間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光譜測量儀及其測量方法，所述裝置包括光采集模塊、光檢測器件、控制及外圍接口電路模塊和顯示模塊。所述光采集模塊包括可調(diào)光濾波器，所述可調(diào)光濾波器用于采集特定波段的光信號。所述方法，包括通過可調(diào)光濾波器采集特定波段的光信號；將所述光信號轉(zhuǎn)換為電信號；將所述電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并根據(jù)所述數(shù)字信號計算出所述光信號的性能參數(shù)。本發(fā)明的裝置和方法，可適應(yīng)不同的使用環(huán)境。
文檔編號G01J3/28GK101598598SQ20091020368
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者朱曉宇, 琰 賈 申請人:中興通訊股份有限公司