1 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130000
2 中国科学院大学, 北京 100000
针对紫外-可见光谱定标精度需求,设计了一款波段范围在185~900nm的三光栅单色仪; 为提高单色仪的波长扫描精度,降低高精度波长扫描机构在工程上的成本。建立了光栅转角误差对扫描机构波长精度的影响模型,设计了基于高精度编码器的转角误差补偿装置,通过软件不同参数设置和算法设计的补偿算法,实现了波长扫描机构的精度校正; 实验结果表明,通过参数算法补偿后,扫描机构的波长准确性精度和波长重复性精度在工作波段范围内有所提高,不同波长下其精度的提高程度不同,其中,波长准确性精度提高比范围为20.8~35.2%,波长重复性精度提高比范围为61.5~95.2%。实验结果验证了误差补偿装置及补偿算法的有效性,提高了波长扫描机构的精度,降低了高精度波长扫描机构在工程应用上的成本。
单色仪 波长扫描机构 高精度编码器 补偿算法 monochromator wavelength scanning mechanism high precision encoder compensation algorithm
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
针对当前气候变化对太阳光谱辐射的观测需求, 为精确监测太阳光谱辐照度, 研制了波长扫描型太阳光谱辐照度仪。该太阳光谱辐照度仪主要由光谱测量单元和波长扫描单元组成, 其中波长扫描单元作为色散光谱的精密定位机构, 是保障仪器测量精度的关键。为此, 设计了基于小型交流伺服电机的波长精密扫描定位装置, 采用定时器主从方式控制电机旋转, 并利用 STM32 驱动线阵 CCD 工作, 结合 CCD 检测的光斑质心位置与预设位置的偏差进行闭环控制, 闭环控制精度小于 2 个像元宽度。最后, 对线阵 CCD 的质心位置检测的重复性以及扫描定位装置的稳定性进行测试, 测试结果表明 CCD 质心位置检测的标准差为 0.0693, 最大偏差不超过 0.3 像元宽度, 系统运行时闭环精度小于 2 个像元宽度, 满足波长扫描的重复性和稳定性要求。
光电子学 太阳光谱辐照度仪 波长扫描 伺服电机 线阵 CCD optoelectronics solar spectral irradiance instrument wavelength scan servo motor linear CCD
针对复杂电磁环境下风洞实验中绕流阻力测量和飞行器空速监测的需求,利用自主研制的基于白光干涉测量技术的压差式光纤气流传感系统开展了相关实验研究。该系统由压差式光纤气流传感探头和小型化白光干涉测量传感解调仪组成,可以实现同步高速、高精度的压差测量。传感探头可实现单通道的压差传感,通过获取待测对象表面受压与流场中静压之间的压差来进行阻力探测,或与皮托管耦合进行流速测量。传感解调仪主要由波长扫描激光器、现场可编程门阵列控制与采集模块、光电探测器组成。该系统对风洞实验中以圆柱绕流阻力为代表的经典绕流模型进行了测量与分析,所得结果和标准多通道电子压力测量仪的结果相近。该光纤传感系统仅利用光纤来感知和传输信号,可有效对抗电磁干扰,为强电磁干扰环境下利用光学方法对空气流场绕流阻力进行精确分析提供一种新的选择,在未来空气动力学研究和飞行器监测领域具有潜在的应用价值。
光学学报
2021, 41(13): 1306022
低成本、小型化的波长扫描半导体激光器在光纤传感系统中有着重要作用。设计了一种可进行温度调谐的半导体激光光源驱动电路。该电路系统以ARM单片机作为控制中心，利用热敏电阻采样激光工作温度，并通过半导体制冷器(TEC)进行温度调节，使得激光器能够根据温度调谐实现波长扫描；同时通过背向光探测器(PD)采样激光输出功率，并通过改变半导体激光驱动电流实现对激光输出功率的控制，使得激光器在温度变化时输出光功率保持稳定。实验结果表明，该电路能够长时间可靠地工作，激光器能够实现的最大波长调谐范围为5nm，且输出光功率在整个波长扫描过程中保持稳定。
半导体激光器 驱动电路 温度调谐 波长扫描 半导体制冷器 semiconductor laser driving circuit thermal tuning wavelength scanning thermoelectric cooler
1 中国船舶重工集团公司第七一五研究所, 浙江 杭州 310023
2 杭州应用声学研究所声呐技术重点实验室, 浙江 杭州 310023
提出了一种波长扫描与时分复用相结合的光纤光栅阵列波长解调系统,通过对波长扫描光信号的脉冲调制,实现了对树状拓扑结构式大容量光纤光栅阵列的波长解调。搭建了光纤光栅阵列波长解调系统,验证了其对高复用度光纤光栅阵列的波长解调能力,测试了光纤光栅阵列波长解调性能。结果表明,该系统实现了传感器阵列各阵段光纤光栅的波长识别与解调,波长测量精度为2.5 pm,短时间内测量波动在±2 pm之间。
光纤光学 时分复用 波分复用 波长解调 波长扫描 激光与光电子学进展
2019, 56(3): 030604
研制了一种宽波长范围窄线宽波长连续可调的光纤激光器，激光器基于环形腔结构，采用980nm的半导体激光器作为泵浦源，掺铒光纤作为增益介质，使用一段未泵浦的保偏掺铒光纤作为饱和吸收体压窄线宽。使用光纤法布里-珀罗滤波器作为选频器件，通过调节光纤其驱动电压实现光纤激光器的波长扫描。利用激光器的相干长度与干涉仪干涉条纹的关系动态测量激光器的光谱线宽，最终得到了扫描范围为1515.1～1588.6nm，线宽小于0.025nm的波长连续可调的光谱输出。
光纤激光器 波长扫描 F-P滤波器 窄线宽 fiber laser wavelength scanning F-P filter narrow linewidth
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 一汽轿车股份有限公司, 吉林 长春 130000
为了满足太阳光谱在170~380 nm波段的精确观测需求, 设计了波长重复性精度优于±002 nm的紫外双光栅光谱仪。波长扫描机构是双光栅光谱仪的关键组件, 根据凹面光栅色散原理, 将光学设计指标转换为波长扫描机构设计的输入参数, 分析了影响光谱仪波长重复性精度的误差源。根据分析结果得知, 丝杠的重复定位误差是影响波长重复性的主要误差源。选用重复定位精度为±2 μm的丝杠设计了波长扫描机构, 并对光谱仪整机进行了设计。以汞灯光源对光谱仪的波长重复性指标进行了验证实验。实验结果表明, 设计的光谱仪波长重复性介于-0005~+0007 nm之间, 满足波长重复性优于±002 nm的指标要求。
双光栅光谱仪 波长扫描机构 波长重复性 凹面光栅 误差分析 double grating spectrometer wavelength scanning mechanism wavelength repeatability concave grating error analysis
光纤布拉格光栅(FBG)的波长随外界温度和压力变化。检测出波长的变化, 就可以计算出外界的温度和压力。文章提出了一个基于F-P温控标准具的高稳定性光纤布拉格光栅(FBG)波长解调系统, 讨论分析了FBG波长解调系统的原理及高稳定性的原因。在这个系统中, 带温控模块的F-P标准具用来进行实时波长校准。F-P标准具的波长数值可查询得到, 由线性插值算法可以得出光纤光栅的波长值。温控模块可以保证标准具在±0.01 ℃的范围内变化, 因此标准具波长值可以认为是定值。最后通过测量水浴槽中光纤光栅的波长变化测试系统稳定性,并与MOI公司解调仪sm125在稳定性方面做了对比。实验结果表明20 h内系统的长期稳定性可达到±0.15 pm,而sm125解调仪是±3 pm。
FBG波长解调 波长扫描激光器 F-P标准具 FBG wavelength demodulation wavelength-swept laser F-P etalon 红外与激光工程
2017, 46(1): 0122002
中国船舶重工集团公司第七一五研究所, 浙江 杭州 310023
提出了一种以可调谐滤波器实现波长扫描、以标准具实现波长标定的有源光纤光栅传感器波长解调方法，并搭建了相应的解调系统。对所提出的解调方法的可行性及解调系统的测量精度与稳定性进行了实验验证。结果表明,该方法可以准确地测量有源光纤光栅的光波长；解调系统在1533~1550 nm波长范围内的解调精度高于6 pm，测量波动范围在±5.7 pm之间。
传感器 光纤传感器 有源光纤光栅 波长解调 波长扫描 中国激光
2016, 43(10): 1010002
1 国网江西省电力公司赣州供电分公司, 江西 赣州 341000
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
设计实现了一种编程波长扫描宽调谐掺铒光纤激光器,波长扫描调谐范围超 过51 nm (1516.83～1568.31 nm), 调谐步长最小可达0.01 nm,通过编程控制波长重复扫描调谐。 将该激光器应用于光纤光栅组成准分布式温度传感系统,初步实验实现了对16路共48个 点的实时温度监测。由于激光器输出功率较高,传感距离可以很长。激光器输出功 率20 dBm、探测器灵敏度－20 dBm时,该温度传感系统覆盖的传感范围远超过方圆50 km以上, 在智能电网传感系统中有重要的应用前景。
纤维与波导光学 光纤激光器 光纤光栅传感 波长扫描 fiber and waveguide optics fiber laser fiber Bragg grating sensor wavelength scanning
