基于外差干涉的超高分辨力相干光谱分析系统研究

发布时间：2017-11-03 18:15

  本文关键词：基于外差干涉的超高分辨力相干光谱分析系统研究

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【摘要】：目前在光通讯、生物医学检测、激光质量分析以及光学频率梳等领域对光谱细节分析的分辨力需求越来越高,并向着低于1pm的方向发展。传统的光谱分析由于分辨力低的原因不能对传输信号进行有效监测;F-P光谱分析技术分辨力高、但测量范围窄,只适合做专用解调设备;新型的光谱分析技术虽然可以达到很高的分辨力,但分辨力与光纤的长度成正比,高的分辨力必须使用长的光纤,分辨力易受环境影响。本论文针对上述问题,提出一种基于外差干涉的超高分辨力相干光谱分析方案,搭建光谱分析系统,本光谱分析系统在实现高分辨力、宽测量范围的同时,不涉及长光纤的使用,不容易受环境干扰。主要研究内容包括以下四个部分:1、基于外差干涉的相干光谱分析系统整体方案设计。根据外差干涉相干光谱分析的原理利用电学滤波器实现对待测光宽范围窄线宽滤波,进行外差干涉相干光谱分析方案的设计,主要包括两个模块:光谱模块和实时波长标定模块,其中光谱分析模块又分为两个子模块拍频光路模块和拍频信号处理模块。2、基于外差干涉的相干光谱分析系统性能分析与优化。针对外差干涉相干光谱分析的整体设计方案,建立数学模型,对外差干涉相干光谱分析系统的性能进行分析。首先将待测光设定为单频光,对外差干涉相干光谱分析方案中信号处理的整体过程进行分析;其次对影响外差干涉相干光谱分析系统性能的参数进行分析,通过优化系统参数提高外差干涉相干光谱分析系统的性能;建立宽带光检测数学模型,对宽带光检测过程进行分析。3、基于外差干涉的相干光谱分析系统硬件和软件设计。硬件设计主要包括平衡探测器、带通滤波器、功率探测器、视觉滤波器以及信号处理电路;软件设计主要包括可调激光器输出波长调节程序、数字采集卡控制程序以及实时波长标定模块数据处理算法。4、基于外差干涉的相干光谱分析系统性能测试。对外差干涉相干光谱分析系统各模块性能进行测试,主要包括带通滤波器模块、功率探测器模块以及实时波长标定模块;搭建外差干涉相干光谱分析整体实验系统,对外差干涉相干光谱分析系统的功率准确性、分辨力和动态范围进行测试。实验结果显示,外差干涉相干光谱分析系统的波长准确度为±0.4pm,分辨力为48fm,动态范围38d B。用外差干涉相干光谱分析系统对相移光栅反射谱、光学频率梳以及马赫曾德尔干涉仪的输出光谱进行检测,并与普通光谱仪的检测结果进行对比,结果显示外差干涉相干光谱分析系统可以检测更多光谱细节。本文主要通过搭建基于外差干涉的超高分辨力相干光谱分析系统,实现对待测光高分辨力、高动态范围、高精度以及宽范围的测量。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.1

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