專利名稱：一種基于光纖光柵時域反射技術的光譜儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于光纖光柵時域反射技術的光譜儀，屬光纖光柵光譜儀技術領域。
背景技術：
光譜檢測廣泛的應用在實驗室和實際的生產應用中。目前，公知的光譜儀是由棱鏡或衍射光柵，同時配合光電探測器等部件構成。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，使得不同波長的譜線在位置上彼此分開，照射到光電探測器上，得到入射光的光譜?？梢跃哂休^寬的光譜范圍。由于設計中光路的需求，儀器的體積較大，成本較高，同時設計時不能個性化的選擇高精度的測量區(qū)間，如煙臺東方分析儀器有限公司生產的DF-100E直讀光譜儀即屬于此列。因此迫切的需要一種簡單易行的方法來解決上述問題。
發(fā)明內容為了克服現(xiàn)有的光譜儀所存在的缺陷和不足，本實用新型提供一種基于光纖光柵時域反射技術的光譜儀，該光譜儀不僅能測出被測光的光譜，而且能方便地在設計制作時根據(jù)需要個性化的選擇高精度的測量區(qū)間，同時儀器體積較小，成本低。本實用新型的技術方案如下一種基于光纖光柵時域反射技術的光譜儀，包括待測光源、光調制器、2X2光纖耦合器、光纖光柵組、光電探測器、信號整形和放大電路及數(shù)據(jù)采集和處理裝置，其特征在于光調制器位于待測光源的后面，光調制器后面經(jīng)光纖和2X2光纖耦合器的一個輸入端相連接；2X2光纖耦合器的一個輸出端經(jīng)光纖和光纖光柵組相連接，另一個輸出端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；2X2光纖耦合器的另一個輸入端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；光電探測器輸出端連接到信號整形和放大電路，信號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，由光電探測器送出的電信號經(jīng)過整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置上進行信號處理。所述的光電探測器是響應時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或是計算機。所述的光纖光柵組是由不同中心反射波長的光纖光柵經(jīng)光纖串連連接而成。本實用新型中的光路傳輸過程為待測光源通過光調制器使得進入光路的是一個光脈沖，光脈沖經(jīng)過一個2X2的光纖耦合器之后，光分成兩路，一路進入到光電探測器中， 由數(shù)據(jù)采集和處理裝置采集時間數(shù)據(jù)；一路進入到光纖光柵組中，不同波長成分的光先后經(jīng)過經(jīng)相應的中心反射波長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器中完成光電信號轉換，再經(jīng)過信號整形和放大電路對信號加以必要的預處理。經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和處理裝置計算不同波長光的返回時間差，同時對照光纖光柵組在光纖中的位置完成待測光源的波長成分的檢測。檢測波長成分的同時，對不同波長的光成分進行系統(tǒng)的傳輸損耗修正和探測器響應修正，得出出射光的光強，繪制出完整的光譜圖。[0010]本實用新型的工作原理如下利用光纖光柵對不同波長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光電探測器時可以分辨，使待測光從光纖光柵組中通過，若光中含有的波長成分符合通過的光纖光柵的中心反射波長，則反射，沿原光路返回，其他波長成分的光繼續(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的波長成分的光均被反射從光路返回為止。而每個光纖光柵的位置信息已知，通過記錄待測光進入光纖光柵組的時間和反射回的光的時間，得出傳播時間差At =，進而可通過光的傳播速度和時間差的關系由以下公式計算出該反射光傳播距離L = (3Δ72，再對照光纖光柵組得出具體由哪個光纖光柵反射，進而得出該反射光的波長。同時根據(jù)光在光路中傳播的損耗情況，對光電探測器接收到的光強進行修正，進而得到按照波長展開的光強分布，即待測光的光譜。光纖光柵最顯著的就是其自身的反射效應。我們知道，光纖光柵的中心反射波長可表示為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帶寬可以縮小到0. Inm左右。[0011]在實際設計時，可以在光纖傳輸損耗較小的波段1200nm-1600nm之間進行廣譜的光譜儀設計，也可以根據(jù)實際的需要在該波段內個性化的選擇需要高精度測量的區(qū)間。[0012]本實用新型的有益效果是，結構簡單合理可行，可以在在測量區(qū)間內大幅度提高測量精度，有效的控制光譜儀的儀器體積和成本。


[0013]
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。[0014]圖1是本實用新型的結構示意圖。其中[0015]1、待測光源；2、光調制器；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、光電探測器；10、信號整形和放大電路；11、數(shù)據(jù)采集和處理裝置。
具體實施方式
[0016]
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，但不限于此。[0017]實施例1:[0018]本實用新型實施例1如圖1所示，一種基于光纖光柵時域反射技術的光譜儀，包括待測光源1、光調制器2、2X2光纖耦合器3、光纖光柵組5、光電探測器9、信號整形和放大電路10、數(shù)據(jù)采集和處理裝置11，其特征在于光調制器2位于待測光源1的后面，光調制器 2后面經(jīng)光纖和2 X 2光纖耦合器3的一個輸入端相連接；2 X 2光纖耦合器3的一個輸出端經(jīng)光纖8連接到光電探測器9上，另一個輸出端經(jīng)光纖4和光纖光柵組5相連接；2X2光纖耦合器3的另一個輸入端經(jīng)光纖7連接到光電探測器9上，光電探測器9輸出端連接到信號整形和放大電路10上，信號整形和放大電路10輸出端連接到數(shù)據(jù)采集和處理裝置11 的接口上，由光電探測器9送出的電信號經(jīng)過整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置 11上進行信號處理。[0019]所述的數(shù)據(jù)采集和處理裝置11是單片機。[0020]所述的光電探測器9是響應時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的光纖光柵經(jīng)光纖串連連接而成。實施例2 和實施例1相同，只是所述的數(shù)據(jù)采集和處理裝置11是計算機。
權利要求1.一種基于光纖光柵時域反射技術的光譜儀，包括待測光源、光調制器、2X2光纖耦合器、光纖光柵組、光電探測器、信號整形和放大電路及數(shù)據(jù)采集和處理裝置，其特征在于光調制器位于待測光源的后面，光調制器后面經(jīng)光纖和2X2光纖耦合器的一個輸入端相連接；2X2光纖耦合器的一個輸出端經(jīng)光纖和光纖光柵組相連接，另一個輸出端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；2X2光纖耦合器的另一個輸入端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；光電探測器輸出端連接到信號整形和放大電路，信號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，由光電探測器送出的電信號經(jīng)過整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置上進行信號處理。
2.如權利要求1所述的一種基于光纖光柵時域反射技術的光譜儀，其特征在于所述的光電探測器是響應時間較短的光電二極管。
3.如權利要求1所述的一種基于光纖光柵時域反射技術的光譜儀，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集和處理裝置是單片機或是計算機。
4.如權利要求1所述的一種基于光纖光柵時域反射技術的光譜儀，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域反射技術的光譜儀，屬光纖光柵光譜儀技術領域，包括待測光源、光調制器、數(shù)據(jù)采集和處理裝置等，其特征在于光調制器位于待測光源的后面，光調制器后面經(jīng)光纖和2×2光纖耦合器的一個輸入端相連接；2×2光纖耦合器的一個輸出端經(jīng)光纖和光纖光柵組相連接，另一個輸出端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；2×2光纖耦合器的另一個輸入端經(jīng)光纖連接到光電探測器上；光電探測器輸出端連接到信號整形和放大電路，信號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，由光電探測器送出的電信號經(jīng)過整形和放大之后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集和處理裝置上進行信號處理。本實用新型具有結構簡單合理、體積小、成本低的特點。
文檔編號G01J3/18GK202255625SQ20112038046
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權日2011年10月9日
發(fā)明者劉永寧, 孫兆宗, 常軍, 王照勇, 黃越 申請人:山東大學