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一、概述 Thorlabs公司的光譜分析儀（OSA）是以波長為函數(shù)關系測量光源光功率的通用儀器。該儀器對于分析寬帶光信號、增益芯片的法布里-玻羅模式或長相干長度單模外諧振腔激光器而言是綽綽有余的。類似的OSA還有典型的基于光柵的單色儀。Thorlabs公司的OSA是一種傅里葉變換光譜分析儀（FT-OSA），采用以插/拔構造的掃描邁克爾遜干涉儀構建，如下圖所示。這種構造可以實現(xiàn)帶額外高精度波長計的全功能OSA設計 
圖1 光譜分析儀（OSA） 二、設計原理 OSA203具有一個FC/PC型光纖輸入端。它可以使用?50微米的單模或多模光纖。如需要求，我們也可以提供其它輸入插頭。該儀器設計用于測量連續(xù)波光源，不能工作在一些使用脈沖光源的應用之中。請聯(lián)系技術支持討論脈沖光源應用的解決方案。在準直輸入信號后，光信號會被一個分束器分為兩路光路。這兩路光路的光程差在0到±40毫米之間變化。準直的光場在分束器會發(fā)生干涉。左圖中顯示的探測器部件記錄干涉圖樣，一般稱之為干涉圖。這種干涉圖是輸入光譜的自相關波形。通過將該波形進行傅里葉變換后，就可以復現(xiàn)出光譜信號。最終得到的光譜具有高分辨率和很寬的波長覆蓋范圍，其中光譜分辨率與光延遲范圍相關。其波長范圍會被探測器和光學鍍膜的帶寬所限制。此外，我們系統(tǒng)包含了穩(wěn)頻HeNe參考激光器，因此其精度就得到了保障，該激光器可以提供高精度的光路長度變化測量，使系統(tǒng)可以實現(xiàn)連續(xù)的自校準。該過程保證了精度超越光柵型OSA的光學分析能力。
Thorlab公司的光譜分析儀采用兩個反射器，如左圖所示。這些反射器安裝在一個音圈驅動平臺上，該平臺可以使干涉儀的兩個參考臂同時、反方向進行動態(tài)變化。當平臺移動時，干涉儀的光程差（OPD）變化是平臺機械運動距離的四倍。OPD的變化直接與FT-OSA的最小精度成比例。通過該裝置，OSA203可以在1550納米光波下將光譜特性值變?yōu)?0皮米。光譜分辨率是根據(jù)瑞利判據(jù)而定義的。當用作波長計時，其分辨率會發(fā)生明顯改善（對于OSA203而言是0.2皮米）。我們的光譜分析儀采用了一個嵌入式的自穩(wěn)定HeNe參考激光器來通過干涉方式記錄光程長度的變化。該參考激光器位于干涉儀內部，與未知光具有相同的光路，這樣一來兩個光源的光程變化就完全相同了。干涉儀還采用了一塊色散補償板來修正干涉儀兩參考臂的波長相關的光程長度差異，這種差異是由分束器造成的。 三、參數(shù)規(guī)格
圖3 光譜儀參數(shù)規(guī)格 四、操作 其圖形用戶界面便于用戶在通過USB接口連接到FT-OSA的計算機上進行操作。該計算機可以記錄FT-OSA產(chǎn)生的干涉信號，然后將其進行快速傅里葉變換（FFT）后就可以得到最后的光譜結果。單色光可以通過采用FT-OSA的波長計模式以亞皮米分辨率進行觀察。寬帶光則可以用OSA的軟件進行觀察，該軟件帶有內置縮放和峰值分析功能。其中的峰值辨別器可以選擇超過用戶定義強度的波帶，并根據(jù)其波長（納米）、波數(shù)（cm-1）或頻率（GHz）來顯示。該儀器在1550納米波長時的光譜分辨率為60皮米，波長精度高于2皮米。在波長儀模式下分辨率為0.2皮米。 五、軟件 購買FT-OSA將附帶的臺式計算機，其中預裝有軟件包。預裝的軟件帶有定制的圖形用戶界面，用具獲取、檢查、操縱和分析光譜數(shù)據(jù)和干涉圖。該軟件便于定位和追跡光譜的波峰和波谷、在整個波長范圍內測量輸入光功率、實時計算吸收光譜或隨著時間追蹤各種參數(shù)變化。該儀器還附帶設備接口庫，包含數(shù)據(jù)獲取的多種程序、儀器控制和光譜數(shù)據(jù)處理和操作。該接口庫還可以通過Labview、C、C++、C#、Java或其他編程語言來為用戶自身應用開發(fā)定制軟件。每臺OSA都附帶一套Labview程序，可以協(xié)助您編寫您需要的應用程序。下面的截屏圖是用附帶的軟件生成的。每個追跡結果都采用了1550納米激光二極管，說明了用光譜分析儀可能實現(xiàn)的各種測量。
圖4 1550納米增益芯片的ASE光譜，軟件經(jīng)過設置可以顯示光譜和光功率。 波長計模式窗口也被激活。 |
